wiener luftguetebericht 1987-1998

MAGISTRAT DER STADT WIEN

Magistratsabteilung 22 - Umweltschutz

1082 Wien, Ebendorferstraße 4

MA 22 - 2015/99

Mag. Wolfgang Schmittner

Wien, Dezember 1999

Zusammenfassung

1

Zusammenfassung

Der vorliegende Bericht analysiert eingehend die verfügbaren Daten des Wiener Luftgütemessnetzesder Jahre 1987 bis 1998. Im Mittelpunkt des Interesses stand die Erfassung wichtiger Einflussfaktorenauf die Luftgüte in Wien. Außerdem liefern statistische Auswertungen Aussagen zu längerfristigenTrends der Schadstoffbelastung im Stadtgebiet sowie zu charakteristischen Immissionstages-, Wo-chen- und Jahresgängen. Mitunter war dabei eine Ausweitung des Untersuchungsgebiets auf Nordost-österreich erforderlich.

Die wichtigsten Ergebnisse können wie folgt zusammengefaßt werden:

§ Die Luftschadstoffe Kohlenmonoxid, Schwefeldioxid sowie die Stickoxide weisen in den Jahren1987 bis 1998 einen Rückgang der mittleren wie auch der Spitzenbelastungen auf. Überschreitun-gen von Immissionsschutz-Grenzwerten wurden beim CO und SO2 selbst an den stärker belastetenMessstellen nur mehr selten erfaßt.

§ Die mittleren Ozon- sowie Staubkonzentrationen sind nicht gesunken, auch in der Gegenwart wer-den Überschreitungen von vorsorgenden Immissionsschutz-Grenzwerten beobachtet.

§ Alle Luftschadstoffe zeigen eine markante Abhängigkeit von der Jahreszeit. Mit Ausnahme desOzons liegen die Belastungsschwerpunkte im Winterhalbjahr.

§ Am Wochenende zeigt sich bei allen Schadstoffen eine signifikante Abnahme der mittleren Bela-stung. Trotz geringerer Emissionen der Vorläufersubstanzen am Wochenende ist nur ein leichterRückgang der Ozonspitzenwerte an Sonntagen zu beobachten.

§ Überschreitungen der Vorwarnstufe in Ostösterreich gemäß Ozongesetz sind ein Resultat einerhohen Hintergrundbelastung während ausgeprägter Ozonepisoden sowie einer deutlichen regio-nalen Ozonbildung in der Abgasfahne von Wien bzw. fallweise Bratislava.

§ Auch im Stadtgebiet von Wien werden die höchsten Ozonbelastungen während sommerlicherHochdruckwetterlagen erfaßt. Während der Nacht- und Morgenstunden erfolgt eine Anreicherungder Stadtluft mit Vorläufersubstanzen von Ozon. Wenn im weiteren Tagesverlauf eine Winddrehungerfolgt, wird diese mittlerweile ozonreiche Luftmasse nach Wien zurücktransportiert und es könnenKonzentrationen deutlich über 200 µg/m³ auftreten.

§ Winterliche Belastungsepisoden mit SO2-Spitzenwerten sind hingegen zumeist das Resultat desSchadstoffimports hoch vorbelasteter Luftmassen nach Österreich bzw. Wien. In Folge der erfolg-reichen emissionsmindernden Maßnahmen in den 80-iger-Jahren ist der ehemals klassische Win-terschadstoff SO2 längst nicht mehr nur hausgemacht.

§ Im Tagesverlauf zeigen die Primärschadstoffe CO sowie NO X eine hohe Affinität zum Verkehrsauf-kommen, während der Verkehrsspitzen am Morgen und in den Abendstunden werden üblicherwei-se die höchsten Konzentrationen des Tages erfaßt. Zusätzlich zu diesen Schadstoffen ist auch dieSchwebstaubbelastung stark verkehrsbeeinflußt.

Wien hat bezüglich der Maßnahmen zur Reduktion der SO2-Emissionen einen sehr hohen Standarderreicht. Eine weitere Reduktion der Immissionen wäre in erster Linie in Folge entsprechender Maß-nahmen in den nördlichen und östlichen Nachbarländern zu erwarten. Gleichzeitig könnte aus der be-reits nahezu vollständigen Ausrüstung aller benzinbetriebenen Kfz mit Katalysatoren in den nächstenJahren - bei weiterhin steigender Verkehrsdichte - ein Anstieg der verkehrsspezifischen Emissionenresultieren. Eine entsprechende Trendwende zu wiederum ansteigenden NOX- sowie CO-Immissionenwäre auch bezüglich der Ozonbelastung von großer Bedeutung, da ja insbesondere die Stickoxide zuden wichtigen Vorläufersubstanzen von Ozon zählen. Und gerade beim Sommersmog haben die Mes-sungen der vergangenen Jahre gezeigt, dass weitere Maßnahmen erforderlich sind, um eine Verringe-rung der insbesondere während der Sommermonate hohen Ozonbelastung zu erreichen. Allerdings ist

Zusammenfassung

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auch hier ein international abgestimmtes Vorgehen erforderlich, um die häufig hohe Hintergrundbela-stung abzusenken.

Insgesamt zeigt sich hinsichtlich der Luftgüte im Stadtgebiet von Wien, wie erfolgreich sich emissions-mindernde Maßnahmen auf die Umwelt bzw. Luftqualität auswirken können. Und die einschlägigenMessungen sollten auch in der Zukunft ein wertvolles Instrument zur Erfassung von Problembereichensein, wobei durch die Daten des Luftgütemessnetzes gezielte Empfehlungen zur Einleitung zum Teilnoch immer dringlich erforderlicher emissionsmindernder Maßnahmen sein können.

Inhaltsverzeichnis

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Zusammenfassung 1Inhaltsverzeichnis 3Einleitung 5

1 DAS WIENER LUFTGÜTEMESSNETZ

1.1 Konzeption und Messtechnik des Wiener Luftgütemessnetzes 61.1.1 Messstellenübersicht 61.1.2 Datenerfassung und –transfer 71.1.3 Qualitätssicherung 91.1.4 Datenverfügbarkeit 9

1.2 Veröffentlichungen 9

2 ALLGEMEINE INFORMATIONEN

2.1 Schadstoffemissionen 112.1.1 Emissionen von Luftschadstoffen in Österreich 112.1.2 Zeitliche Entwicklung der Schadstoffemissionen in Österreich 122.1.3 Emissionen von Ozon-Vorläufersubstanzen in Nordostösterreich 14

2.2 Luftschadstoffe und Luftchemie 162.2.1 Die Fotochemie in der bodennahen Atmosphäre 16

2.2.1.1 Bildung von Fotooxidantien 162.2.1.2 Abbauprozesse von Ozon 17

2.2.2 Bildung von Saurem Regen 172.2.3 Chemische und physikalische Eigenschaften der Luftschadstoffe 18

2.2.3.1 Konzentrationsangaben 182.2.3.2 Eigenschaften 192.2.3.3 Wirkungen 19

2.3 Meteorologische Grundbegriffe 212.3.1 Schadstoffdynamik eines Sommertages 212.3.2 Winterliche Inversionswetterlage 23

3 ZEITLICHE ENTWICKLUNG DER BELASTUNG MIT LUFTSCHADSTOFFEN

3.1 Charakterisierung der Luftgütemessstellen 263.1.1 Stickoxide 263.1.2 Schwefeldioxid 283.1.3 Schwebstaub 293.1.4 Kohlenmonoxid 30

3.2 Längerfristige Trends der Immissionssituation in Wien 31

3.2.1 Stickoxide und Ozon 313.2.2 Schwefeldioxid 313.2.3 Schwebstaub 353.2.4 Kohlenmonoxid 35

3.3 Überschreitungshäufigkeit von Grenzwerten 363.3.1 Stickstoffdioxid 363.3.2 Ozon 373.3.3 Schwefeldioxid 383.3.4 Schwebstaub 39

Inhaltsverzeichnis

4

3.4 Jahreszeitliche Schwankungen 41

3.5 Wochengang der Luftqualität in Wien 443.5.1 Stickoxide und Ozon 443.5.2 Schwefeldioxid und Schwebstaub 45

3.6 Schadstoffimmissionen im Tagesverlauf 463.6.1 Stickoxide 463.6.2 Ozon 473.6.3 Tagesgang der SO2-Konzentration 483.6.4 Kohlenmonoxid und Schwebstaub 50

4 EINFLÜSSE AUF DIE LUFTGÜTE IN WIEN

4.1 Meteorologische Einflüsse auf die Luftqualität in Wien 524.1.1 Einflüsse auf die Ozonbelastung 524.1.2 Meteorologische Einflüsse auf die Schwefeldioxid- und Schwebstaubkonzentrationen 534.1.3 Stickstoffdioxid 57

4.2 Analyse einer Ozonepisode vom 7. August 1992 59

4.2.1 Zeitliche Entwicklung der Ozonkonzentrationen 594.2.2 Vorläufersubstanzen (NO2) 604.2.3 Die meteorologischen Verhältnisse 614.2.4 Regionale Ozonbildung und Verlagerung 61

4.3 Folgerungen aus der Analyse aller Ozonepisoden im Großraum Wien 634.3.1 Ergebnisse 634.3.2 Abschätzungen zum Ozonbildungspotential im Großraum Wien 644.3.3 Wochentagsabhängigkeit der Ozonbelastung in Norostösterreich 64

4.4 Analyse einer winterlichen Belastungsepisode vom 26. Novemberbis 1. Dezember 1993 66

4.4.1 Zeitliche Entwicklung der Immissionssituation 664.4.2 Schadstoffimport 66

4.5 Schadstoffimport aus dem benachbarten Ausland 69

5 SCHADSTOFFEPISODEN IM GROSSRAUM WIEN

5.1 Die Ozon-Hintergrundbelastung in Nordostösterreich 715.1.1 Jahresgang der Hintergrundbelastung 725.1.2 Zeitliche Entwicklung und Häufigkeitsstatistik der Hintergrundbelastung 73

5.2 Das regionale Ozonbildungspotential in Nordostösterreich bzw. Wien 75

5.3 Luftschadstoff-Belastungsepisoden 795.3.1 Andauer von Luftschadstoff-Belastungsepisoden 795.3.2 Belastungsepisoden im Jahresverlauf 805.3.3 Grenzwertüberschreitungen in der Stadt 805.3.4 Trends bei den Grenzwertüberschreitungen in den Jahren 1987 bis 1998 81

Glossar 83Literaturverzeichnis 87Abbildungs- und Tabellenverzeichnis 89

Einleitung

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Einleitung

In Folge der umfangreichen Bemühungen auf dem Sektor des Umweltschutzes zählt Wien mittlerweilemit Sicherheit zu den Großstädten mit einer ganz besonders hohen Lebensqualität. Ein wichtiger undnotwendiger Aspekt der Umweltschutzaktivitäten ist die Erhaltung und Verbesserung der Luftgüte. Mitdieser Zielsetzung ist die Sensibilisierung der Bevölkerung für diesen Themenbereich von zentralerBedeutung. Einen Beitrag dazu liefern Veröffentlichungen von Ergebnissen der Luftgüteüberwachung.Als Gegengewicht zu rein ökonomischen Überlegungen muss Lobbying bei der Bevölkerung betriebenwerden, um Verbesserungen auf dem Sektor des Umweltschutzes durchzusetzen. Ohne entsprechen-de Dokumentationen und ohne das daraus resultierende Bewusstsein der Bevölkerung würde dieserDruck erst gar nicht entstehen.

Vor einigen Jahrzehnten war eine schadstoffarme Luft noch nicht Ziel der politischen Bemühungen. Inder Nachkriegszeit galt das Hauptaugenmerk dem wirtschaftlichen Wiederaufbau der jungen RepublikÖsterreich. Dieser wirtschaftliche Aufschwung brachte aber auch eine Reihe vorher nicht beachteterProbleme in den Blickpunkt des öffentlichen Interesses. Steigende Industrieproduktion, erhöhter Ener-gieverbrauch und stetig zunehmende Motorisierung fügten der zunehmend urbanisierten Welt immergrößere Schäden zu. Mehr und mehr erkannte die Bevölkerung, dass die Zerstörung des Lebensmi-lieus nicht mehr länger hingenommen werden konnte. Daher wurden in Wien Anfang der 60-iger Jahreerste Versuche unternommen, den Zustand der Luft durch Messungen zu dokumentieren.

Zunächst wurden Schwefeldioxid und Staub als Indikatoren für die Luftschadstoffbelastung erfasst. Mitden gewonnenen Daten und den damaligen medizinischen Kenntnissen wurden erste Richtlinien für diezulässige Schadstoffkonzentrationen erarbeitet. Mit fortschreitend verbesserter Messtechnik konntenauch weitere wichtige Indikatorkomponenten (z.B. Kohlenmonoxid, Stickoxide und später auch Ozon)kontinuierlich überwacht werden. In weiterer Folge wurden die vorerst autarken Messstellen vernetztund die gewonnen Messdaten „Online“ zugänglich.

Als Resultat dieses personal- und kostenintensiven Messaufwands ist es nun möglich, die Luftschad-stoffentwicklung repräsentativ zu analysieren. Als Voraussetzung für diese Analyse liegen nun erstmalshochaufgelöste, kontinuierliche Messdaten in ausreichender Qualität über einen Jahrzehnte umspan-nenden Zeitraum vor.

Die folgenden Untersuchungen führen zur Erkenntnis, dass - trotz des im selben Zeitraum stark gestie-genen Energiebedarfs und Individualverkehrs - die Luftqualität in vielen Aspekten sogar verbessertwerden konnte. Aus den nachfolgenden Zusammenstellungen der umfangreichen Analysen der vor-handenen Luftmesswerte lässt sich ein Überblick über das Ausmaß, die zeitliche Entwicklung und re-gionale Besonderheiten der Schadstoffbelastung im Großraum Wien ableiten.

Der Umfang und vor allem die Qualität des Wiener Messnetzes wird stetig vergrößert und verbessert.Derzeit etwa laufen Bemühungen zusätzlich organische Verbindungen (z.B. Benzol) zu erfassen. Au-ßerdem werden in naher Zukunft die einzelnen nationalen Messdaten in ein europaweites Netz zu-sammengeführt.

Kapitel 1 Das Wiener Luftgütemessnetz

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1 DAS WIENER LUFTGÜTEMESSNETZ

1.1 Konzeption und Messtechnik des Wiener Luftgütemessnetzes

Für die Konzeption des Messnetzes, die Wartung der Messstellen sowie die Kontrolle, Archivierung undVerwaltung der gewonnenen Daten ist seit 1984 die Umweltschutzabteilung der Stadt Wien (Magi-stratsabteilung 22) zuständig. Seit Ende der 60-iger Jahre sind Luftmessdaten anderer Institutionenverfügbar. Einschlägige Auswertungen und entsprechende Publikationen, vor allem hinsichtlich derÜberschreitung gesetzlicher Grenzwerte zum Schutz der Bevölkerung bzw. der Vegetation gemäßSmogalarmgesetz, Ozongesetz, Immissionsschutzgesetz-Luft und verschiedenen EU-Richtlinien, wer-den durch das seit 1991 bestehende Referat Luftmessnetz vorgenommen (z.B. Löffler et al., 1994).Übersichten zu den Messstandorten (Abb. 1.1), den eingesetzten Messgeräten sowie zur Datenverfüg-barkeit und Öffentlichkeitsarbeit sind in den Kapiteln 1.1.1 bis 1.1.4 enthalten.

⇒ Die Luftgütemessungen der Stadt Wien dienen zur Bewertung der Immissionssituation in der Bun-deshauptstadt. Bei Überschreitung gesetzlich festgelegter Grenzkonzentrationen sind - auf Basisder Analyse des umfangreichen Datenmaterials - Empfehlungen zur effizienten Durch- bzw. Einfüh-rung emissionsmindernder Maßnahmen möglich.

1.1.1 Messstellenübersicht

Im Stadtgebiet von Wien wird die Luftqualität von 18 stationären Messstellen überwacht, die mit derMesszentrale vernetzt sind.

Abbildung 1.1 Luftgütemessstellen im Stadtgebiet von Wien sowie stadtnahe Messstellen derNiederösterreichischen Landesregierung (u.a. Spangl, 1995)


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⇒ Die Luftgütemessstellen sind in sehr unterschiedlichen städtischen Aufenthaltsbereichen aufge-stellt, um jederzeit einen guten Überblick zur Luftgüte im Stadtgebiet von Wien zu haben. Es gibtMessstellen am Fahrbahnrand einer Hauptverkehrsstraße, in einer Einkaufsstraße, in Wohnsied-lungen und schließlich in der Innenstadt genauso, wie in den Erholungsgebieten am Stadtrand.

Das Wiener Luftgütemessnetz setzt für Messkampagnen zusätzlich einen Messbus ein, der bezüglichMessgerätebestückung, Datenerfassung und Übertragung vergleichbar mit den ortsfesten Messstellenausgerüstet ist, und mit dem unter bestimmten Vorraussetzungen (z.B. Stromversorgung) nahezuüberall in Wien stichprobenartig über mehrere Wochen die Luftgüte erfaßt werden kann.

1.1.2 Datenerfassung und -transfer

Herzstück der Wiener Luftmessstellen ist das Datenerfassungsystem DERF. Alle zehn Sekunden er-fasst das DERF einen Messwert aus den Messgeräten. Aus diesen werden zunächst Minutenmittel-werte und in der Folge Halbstundenmittelwerte gebildet, auf welchen in erster Linie die routinemäßigeBeurteilung der Luftsituation Wiens beruht. Schließlich werden 1-, 3-, 8- und 24-Stunden-Mittelwerteerrechnet die mit den Grenzwerten zu vergleichen sind. Die wichtigsten Daten werden durch die Mess-zentrale über Telefonleitungen bzw. via Mobiltelefon (Messbus) untertags üblicherweise stündlich abge-rufen und gespeichert. Die relativ langwierige Übertragung und Archivierung aller Einminutenwerte so-wie der Protokolle über den Zustand der Messstationen (Statusinformationen) erfolgt vollautomatischwährend der Nacht. Mit diesen zeitlich hochaufgelösten Informationen sind tägliche Plausibilitätskon-trollen möglich. Eine ständige automatische Grenzwertüberwachung veranlasst im Fall einer erhöhtenSchadstoffbelastung auch an dienstfreien Tagen die Benachrichtigung eines Bereitschaftstechnikersmittels Pager. Bei Überschreitung von Warnwerten ist dadurch die rasche Plausibilitätsprüfung und inder Folge die Information der betroffenen Bevölkerung permanent gewährleistet.

⇒ Die umfangreichen Luftgütemessungen haben innerhalb der vergangenen 13 Jahre zu einem Da-tenarchiv von über 15 Millionen Halbstundenwerten geführt. Die Erfassung und Übertragung derDaten in die Messnetzzentrale erfolgt vollautomatisoh. Die so gewonnen Werte werden bezüglichihrer Plausibilität laufend überprüft und veröffentlicht (siehe Kap. 1.2).

Tabelle 1.2 Technische Daten der eingesetzten Messgeräte

Luftschadstoff Messmethode MessgerätNachweis-

grenze 1Messbe-reich 1 Stationskalibrator

Schwefeldioxid SO2 UV-Fluoreszenz HORIBA APSA 350/360 < 1 ppb 200 ppbSO2 -Permeationssystem

Stickoxide NOXChemo-

lumineszenzHORIBA APNA 350/360 < 2 µg/m³ 1000 ppb

NO-Flaschengas Verdünnungssystem

Kohlenmonoxid CO nicht dispersive IR-Absorption

HORIBA APMA 350/360 < 0,3 mg/m³ 20 ppmCO-Flaschengas Verdünnungssystem

Ozon O 3 UV-Absorption HORIBA APOA 350/360 < 2 µg/m³ 200 ppbO3 -Generator mittels UV-Lampe

SchwebstaubBeta-Strahlen-

Absorption: VDI 2463/5

FH 62 IN 1m³ FH 62 IR 1m³

< 10 µg/m³keine

Angabe möglich

Prüfstift

Meteorologische Größe Messmethode Messgerät Auflösung Messbereich

Globalstrahlung Sternpyranometer Kroneis Type 8110 - 1500 W/m²

Lufttemperatur Widerstandsgeber Kroneis Type 420 0,1 °C -35 bis + 45 °C

Relative Luftfeuchte Haarhygrometer Kroneis Type 800L100 3% 100%

Windgeschwindigkeit Schalenkreuz-Anemometer Kroneis Type 263 AR 1,5 km/h 200 km/h

Windrichtung Windfahne Kroneis Type 263 AR 1 Grad 360 Grad

Luftdruck Membrandose Kroneis Type 317 A 0,2 mbar 825-1050 mbar

Niederschlag Wippensystem Kroneis Type AP 23 0,1 mm -1 Erläuterungen zu den Konzentrationsangaben in Kapitel 2.2.3.1


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geogr.1 geogr.1 See-2 Topo-Länge Breite höhe grafie

1 Geografischer Längengrad [°E] bzw. Breitengrad [°N]

2 Höhe über Meeresniveau [m]

3 Messziele nach der für die Erfassung der jeweiligen Komponente gültigen Vorschrift:

Smog Smogalarmmessstelle gemäß Smogalarmgesetz und Smogalarmplan für WienIG-L Messstelle gemäß Immissionsschutzgesetz-Luft und zugehöriger MesskonzeptverordnungLuft Landesmessstelle zur flächendeckenden Überwachung der Luftqualität in Wien gemäß Wiener

Feuerpolizei- und LuftreinhaltegesetzMVA Messstelle gemäß Genehmigungsbescheid für der Müllverbrennungsanlage SpittelauKW Messstelle gemäß Genehmigungsbescheid für des Kraftwerks SimmeringOzon Ozonmessstelle gemäß Ozongesetz und Messnetzkonzeptverordnung

Meteorologie: Lufttemperatur, -feuchte und -druck, Windgeschwindigkeit und -richtung, Niederschlag, Globalstrahlung

9

Bez. Luftgütemessstelle

AKH - Dach

1

2 Taborstraße

16°20'52" 48°13'16"

48°13'03" 160

190

16°22'56"

48°10'29"16°21'45"

48°13'09"16°20'46"

Lu

ftM

VA

KW

Ozo

n

mittleres Verkehrsaufkommen

48°09'26"

48°09'41"

Sm

og

rücken

wurde 1997 aufgelassen

Industriegebiet;

Städtisches Wohngebiet;Anrainerverkehr

IG-L

16°28'38"

16°23'39"

Kaiser - Ebersdorf

im Nationalpark Donauauen

Laaer Berg

Städtisches Wohngebiet;

Hangl.

Hügel-

Städtisches Wohngebiet;

lage

Belgradplatz

AnrainerverkehrErholungsgebiet am Stadtrand

Villenviertel am Stadtrand;

Ebene

Ebene

Ebene

Ebene

Hang-

leichte

Währinger Gürtel

geringes Verkehrsaufkommen

Wohngebiet mit Anrainerverkehr

Stephansplatz

Erholungsgebiet am Stadtrandim Wienerwald

172 Ebene16°22'27" 48°12'31"

Ebene

Hoch-

haus

leichte

Hangl.

leichte

Hangl.

Hügel-

Hügel-

kuppe

nahe Verkehrsknotendirekt am Fahrbahnrand;

sehr hohes Verkehrsaufkommen

Städtisches Wohngebiet; Durchzugs-straße mit relativ wenig VerkehrErholungsgebiet am Stadtrand;

Stadtrand; Wohn- und Industriegebiet;ca. 350 m neben Ostautobahn

ca. 100 m neben Stadt-autobahnbrücke (Südosttangente);

typ. innerstädtisches Wohngebiet;mittleres Verkehrsaufkommennahe einer Durchzugsstraße;

relativ hohes Verkehrsaufkommen

Ebene

Ebene

Ebene

lage

Ebene

160

175

195

230

320

520

207

155

150

155

21548°08'18"

48°09'45"

16°17'48"

16°27'38" 48°13'41"

an Werktagen Berufsverkehr

nahe Fahrbahn; typ. Einkaufsstraßerelativ hohes Verkehrsaufkommen

Hochhaus; Ansaugung in 90 m über Grund

in ca. 150 m Entfernung zu einerHauptverkehrsstraße (Gürtel)

16°31'36"

16°23'50" 48°15'40"

48°14'58"16°21'28"

48°16'15"16°17'55"

16°18'11" 48°14'10"

48°12'20"16°18'39"

16°18'07" 48°11'19"

48°11'16"16°20'26"

16°24'28" 48°11'06" Rinnböckstraße

Gaudenzdorf

Hietzinger Kai

Kendlerstraße

Schafbergbad

Hermannskogel

Hohe Warte

Gerichtsgasse

Lobau

Stadlau

Liesing23

22

22

21

19

19

18

16

13

12

11

Unmittelbare Stationsumgebung

Innerstädtische Fußgängerzone;

11

10

10

9 185

220

250

155

Staub

OzonCOSO2

NOX

Meteorologie

Tabelle 1.1 Lageinformationen zu den Luftgütemessstellen in Wien sowie Messziele gemäß gesetzlicher Verordnungen

3


9

1.1.3 Qualitätssicherung

An den Messgeräten werden in Abständen von 23 Stunden automatische Funktionskontrollen mittelsPrüfgasgeneratoren durchgeführt. Eine Kalibrierung aller kontinuierlich arbeitenden Immissionsmessge-räte und der Prüfgasgeneratoren erfolgt routinemäßig zumindest halbjährlich mit Hilfe von Transfer-standards, die mit den Referenzstandards des Kalibrierlabors der Umweltschutzabteilung abgeglichenwerden. Die Kalibrierung dieser Refernzstandards erfolgt seit 1991 mindestens jährlich beim Umwelt-bundesamt Wien. Der Abgleich der UBA-Standards an internationale Standards des „National Instituteof Standards and Technology“ (NIST) wird ebenfalls jährlich durchgeführt.

⇒ Während die Datengüte zu Beginn der Messungen bis in die späten 80-iger Jahre noch von etwasgeringerer Qualität gewesen ist, sind die Daten der Messstellen spätestens seit 1991 aufgrund dermodernen Kalibriermethoden ausgezeichnet untereinander vergleichbar. Die verschiedenstenAnalysen - z.B. zur Ursachenforschung von Belastungsepisoden - sind nun problemlos möglich.

1.1.4 Datenverfügbarkeit

In Tab. 1.3 ist die Datenverfügbarkeit aus den Wiener Luftschadstoffmessungen der Jahre 1987 - 1998eingetragen. Monate mit einer Datenverfügbarkeit > 75 % (bezogen auf Halbstundenmittelwerte) sindfür die Luftschadstoffe Ozon (rot), NO2 (orange), NO (gelb), CO (grün), Staub (hellblau) sowie SO2

(dunkelblau) eingetragen. Die Berücksichtigung von Daten aus früheren Jahren sowie von Daten ande-rer Messstellen bzw. Messnetzbetreiber wird in diesem Bericht jeweils explizit vermerkt.

⇒ Der Großteil des Messnetzes in seiner heutigen Ausstattung wurde 1987 errichtet und mit Gerätenbestückt. Während in den Jahren danach technische Probleme wiederholt zu Ausfällen geführt ha-ben, liegt die Datenverfügbarkeit in der Gegenwart u.a. aufgrund der verbesserten Technik beiknapp 100 %.

1.2 Veröffentlichungen

Die Umweltschutzabteilung veröffentlicht die Messergebnisse laufend mittels Telefon-Tonbanddiensten,Telefax-Abruf, Internet, Anzeigetafeln, Teletext & Infokanälen sowie jährlich im Wiener Umweltbericht.Für wissenschaftliche Zwecke stehen die Wiener Luftmessdaten kostenlos zur Verfügung.

⇒ Informationen zur aktuellen Luftgütesituation in Wien:- Aktuelle Informationen im Internet: URL http:// www.magwien.gv.at/ma22/- Tonbanddienst für den aktuellen Luftgütebericht: ++43 (1) 4000 / 8820- Tonbanddienst für die stündlich aktualisierten Ozonmesswerte: ++43 (1) 4000 / 88288- Faxservice für den aktuellen Luftgütebericht: ++43 (1) 4000 / 9877- ORF-Teletext, Kabel-TV Informationskanäle, Kabeltext sowie 4 Anzeigetafeln in Wien

(Stephansplatz, Alserbachstraße, Am Spitz in Floridsdorf, im Amtsgebäude der MA 22 in der Ebendorferstraße)


10

§ Geringe Datenverfügbarkeit 1987 & 1988 während der Errichtung und Bestückung der Messstellen§ Ausfall der NOX-Messgeräte Ende 1994 / Anfang 1995 wegen Messgeräteumbau§ Einstellung der Luftgütemessungen an der Messstelle AKH-Dach mit Ende November 1997

NO2

COSO2

NOOzon

Staub

1997 1998

Liesing

Stephansdom

Taborstraße

AKH-Dach

Währinger G.

Belgradplatz

Laaer Berg

Kaiser-Ebersdorf

Lobau

Stadlau

Hohe Warte

Gerichtsgasse

Hermannskogel

19951987 1988 1989 1990

Rinnböckstraße

1996

Kendlerstraße

Schafbergbad

1993 1994

Gaudenzdorf

Hietzinger Kai

1991 1992

Tabelle 1.3 Datenverfügbarkeit in den Jahren 1987-1998

Kapitel 2 Allgemeine Informationen

11

2 ALLGEMEINE INFORMATIONEN

Die Luftqualität in der Großstadt Wien muß man sich der von häufig wechselnden Rahmenbedingungen(z.B. Emissionssituation, Großwetterlage) und der verschiedenen ebenfalls variablen bzw. dadurchbeeinflußten luftchemischen sowie physikalischen Prozesse bewußt sein, woraus räumlich und zeitlichäußerst inhomogene Immissionsverhältnisse resultieren. Um einen Überblick über die Vielzahl von u.a.umweltmeteorologischen Abhängigkeiten und Wechselwirkungen zu erhalten, werden in diesem Kapitelwesentliche Einflußfaktoren auf die Luftgüte in Wien in allgemeiner Form vorgestellt. Nach einer Einfüh-rung zur Emissionssituation und -entwicklung im Großraum Wien sowie einigen Grundlagen zu den imRahmen dieses Berichts analysierten Luftschadstoffen, gibt Kapitel 2.3 einen Einblick in die Komplexi-tät des Themas.

2.1 Schadstoffemissionen

2.1.1 Emissionen von Luftschadstoffen in Österreich

Der Großteil aller Emissionen von Luftschadstoffen resultiert aus der Verbrennung von fossilen Brenn-stoffen zur Erzeugung elektrischer und thermischer Energie sowie zum Antrieb von Maschinen undFahrzeugen. Dabei ist zu beachten, daß der Gesamtenergieverbrauch Österreichs zwischen 1970 und1991 um 46 % angestiegen ist (BMU, 1996), wobei der Anteil von Kohle und Erdölprodukten als Ener-gieträger gesunken und u.a. der Anteil von Erdgas angestiegen ist. Gleichzeitig stieg auch die effizienteEnergienutzung in Form von Fernwärme. Beim Kfz-Bestand verzeichnete man zwischen 1970 und1991 immerhin eine Verdopplung.

⇒ Im wesentlichen kann zwischen vier großen Emittentengruppen unterschieden werden:Kraftwerke, Industrie, Kleinverbraucher und Verkehr.

In der folgenden Tabelle 2.1 sind die Hauptverursacher von SO2-, NOX-, CO- sowie Staubemissioneneingetragen. Zwar beziehen sich die Angaben der Tabelle auf die Emissionen in Gesamtösterreich,trotzdem dürften selbst die aufgelisteten Prozentsätze, in erster Näherung auch Richtwerte für die Si-tuation im Großraum Wien darstellen.

Bezüglich der längerfristigen zeitlichen Entwicklung der Schadstoffemissionen in Wien und des bereitserzielten relativ hohen technischen Standards zur Verringerung der Schadstoffemissionen ist zu ver-merken, dass für weitere Verbesserungen längst nicht nur Maßnahmen in der Großstadt selbst, son-dern in verstärkter Form auch in den angrenzenden Nachbarländern erforderlich sind. Andererseits darfnicht vergessen werden, daß der seit Jahrzehnten ständig steigende Wohlstand (erhöhter Energiebe-darf, gesteigerte Mobilität, etc.) den Erfolg einiger Reduktionsmaßnahmen abgeschwächt hat.

Beim Sekundärschadstoff Ozon1 sind die direkten Emissionen (Blitzentladung, Kopiergeräte, Schwei-ßen, etc.) höchstens von lokaler Bedeutung. Das Hauptaugenmerk liegt vielmehr auf den Vorläufersub-stanzen von Ozon (flüchtige organische Verbindungen sowie Stickoxide: NO & NO X), welche im Son-nenlicht fotochemisch zu einer Vielzahl von Substanzen umgewandelt werden, wobei Ozon üblicher-weise die Leitsubstanz darstellt. Der großen Bedeutung der Emissionen von Ozon-Vorläufersubstanzenim Großraum Wien hinsichtlich der Ozonsituation in der Stadt sind die Kapitel 2.1.2 und 2.1.3 gewid-met.

1 Da sich die vorliegende Arbeit mit den Ergebnissen des Wiener Luftmessnetzes auseinandersetzt, wird in weiterer

Folge mit dem Begriff Ozon ausschließlich das bodennahe (troposphärische) Ozon verstanden, welches im Gegensatzzum stratosphärischen Ozon als Schadstoff gilt.


12

Tabelle 2.1

Hauptverursacher von SO2-, NOX,- CO- sowie Staubemissionen, Hauptemissionsgebiete in Nordost-österreich, Anteil der Emittentengruppen an den Gesamtemissionen (Österreich), Auswahl an mögli-chen Gegenmaßnahmen:

2.1.2 Zeitliche Entwicklung der Schadstoffemissionen in Österreich

Eine Bilanz der Emissionen von Schwefeldioxid, Staub, Kohlenmonoxid sowie NO X in Österreich zwi-schen 1980 und 1993 zeigt (alle Angaben aus BMU, 1996):

• Die gesamtösterreichischen SO2-Emissionen konnten zwischen 1980 und 1995 um insgesamt 85 %gesenkt werden (Abb. 2.1 a). Die deutlichsten Emissionsminderungen wurden in der Industrie (mi-nus 89 %), bei den Kraft- und Heizwerken (minus 94 %) und bei der Gruppe der Kleinabnehmer(minus 78 %) erreicht.

• Für die Staubemissionen liegen weniger detaillierte Emissionsinventuren vor. Die Staubemissionenaus Verbrennungsvorgängen und Prozessen konnten in Österreich um ca. 40 % gesenkt werden(1980-1993), hauptsächlich in Folge der strengen behördlichen Emissionsgrenzwerte bei Industrie-anlagen und kalorischen Kraftwerken.

* Zahlenwerte beziehen sich auf die Situation in Österreich

Wärmekraftwerke Industrie Verkehr Kleinverbraucher Sonstige

19 % 49 % 8 % 24 % < 1 %


6 % 20 % 66 % 6 % 2 %


1 % 15 % 27 % 55 % 2 %

Wärmekraftwerke Industrie ** Verkehr ** Kleinverbraucher

3 % 29 % 34 % 34 %

** Emissionen durch u.a. Straßen- und Reifenabrieb, Winterdienst, Straßenbau, Schüttgüter und Winderosion nicht enthalten; könnten nach Schätzungen zwischen 75 und 100 % der für Österreich quantifizierten Staubemissionen betragen!

vor allem durch Kleinverbraucher; Kraftfahrzeuge; StahlerzeugungStadtgebiet (Winterhalbjahr!), Hauptstraßen und Verkehrsknoten; Industriegebiete

Verbrennung fossiler und biogener Brennstoffe; Kraftfahrzeuge; Salpetersäureherstellung, Glaserzeugung,Landwirschaft (Stickstoffdüngung); NO / NO2-Verhältnis abhängig u.a. von Verbrennungstemperaturdichtbesiedeltes Stadtgebiet, Hauptstraßen und Verkehrsknoten; Industriegebiete

Verkehrsverminderung, strengere Abgasvorschriften (Schwerverkehr!); weitere Modernisierung der Industrie;

dichtbesiedeltes Stadtgebiet, Hauptstraßen und Verkehrsknoten, Baustellen, Industriegebiete

Verkehrsverminderung, strengere Abgasvorschriften (Schwerverkehr!); staubmindernde Maßnahmen in derIndustrie, Untersuchungen zur Erhebung der primären Quellen zur Initiierung gezielter Maßnahmen erforderlich

Verbesserung der Rauchgasreinigung

Einsatz von Fernwärme und Erdgas zur Raumheizung (statt Holz und Kohle); verbesserte, richtig eingestellte Kleinstfeueranlagen (Öfen)

Verbrennung fester Brennstoffe; Metall-, Glas-, Baustoffindustrie; Kfz-Verkehr (Dieselruß, Reifen- und Straßenabrieb, Winterdienst); Baustellen; Gewerbebetriebe; Haushalte

Reduktion des Stickstoffgehalts in Brennstoffen (Kraftwerke haben Reduktionspotential bereits ausgeschöpft)

unvollständige Verbrennung fossiler und insbesondere biogener Brennstoffe (ansonsten CO2-Emissionen)

S

tau

b K

oh

len

mo

no

xid

S

tick

oxi

de

Sch

wef

eld

ioxi

d Verbrennung schwefelhaltiger Brennstoffe: Kohle (51 %), Heizöl (39 %) u.a. in kalorischen Kraftwerken; Kfz-Treibstoffe (10 %); Zellstoff,- Stahl- sowie petrochemische Industrie (Entschwefelung, etc.).Industrie- und Gewerbebetriebe im Großraum Wien, Hausbrand (Winterhalbjahr!), Wärmekraftwerke

Einsparungen im Energiebereich, Fernwärme, weitere Reduktion des Schwefelgehalts von Erdölprodukten &

Hauptverursacher *Hauptemittenten in NordostösterreichAnteile der Gesamtemissionen in Österreich *Gegenmaßnahmen


13

• Die Kohlenmonoxidemissionen konnten in Österreich zwischen 1980 und 1995 um insgesamt 30 %gesenkt werden. Während die Emissionen im Straßenverkehr trotz der ständig steigenden Fahrlei-stungen deutlich reduziert wurden (minus 59 %), konnte in der Industrie eine Abnahme um lediglich10 % erreicht werden und die Emissionen aus der Gruppe der Kleinverbraucher sind sogar um 18 %angestiegen.

• Die NO X-Emissionen konnten in Österreich um ca. 23 % reduziert werden (1980-1995), deutlich beiKraft- und Heizwerken (minus 69 %) sowie in der Industrie (minus 40 %) und nur geringfügig imVerkehr (minus 14 %).

Abbildung 2.1

a) Bilanz der Emissionen von Schwefeldioxid aus Verbrennungsvorgängen und Prozessen in Öster-reich für die Jahre 1980 bis 1997 (BMU, 1998), kumulative Darstellung

b) Entwicklung der NOX-Emissionen im Verkehr in Österreich von 1950 bis 1996 (BMUJF, 1997), ku-mulative Darstellung

Für einen wesentlich größeren Zeitraum existieren relativ detaillierte Informationen über die Stickoxi-demissionen aus dem Verkehrssektor (Abb. 2.1 b). Betrachtet man die zeitliche Entwicklung in Öster-reich seit 1950, und zwar getrennt für die verschiedenen Verkehrsmittel, zeigt sich:

• In den Nachkriegsjahren wurde ein Großteil der NOX-Emissionen und Staubemissionen noch durchden Schienenverkehr verursacht. Mit der Umstellung auf E-Lokomotiven sank dieser Anteil sehrrasch ab.

• Bis zur Einführung des Kfz-Katalysators (1987) sind die NOX-Emissionen aus dem Pkw-Verkehr inFolge der Verkehrszunahme dramatisch angestiegen, danach sind die Emissionen merklich zu-rückgegangen.

• Bei den Stickoxidemissionen hat der Lkw-Verkehr In den 90-iger Jahren anteilsmäßig den Pkw-Verkehr überholt, allein durch den Schwerverkehr auf Österreichs Straßen wurden im Bezugsjahr1995 insgesamt 45 % der NOX-Emissionen (Verkehrssektor) verursacht.

• Die Ozonvorläufersubstanzen (NOX- sowie NMVOC2) werden zu einem hohen Anteil durch denPkw- und Lkw- Verkehr verursacht.

Eine Übersicht zur räumlichen Verteilung sowie zeitlichen Entwicklung der Emissionen der Vorläufer-substanzen von Ozon innerhalb Nordostösterreichs ist im folgenden Kapitel 2.1.3 enthalten.

2 NMVOC = Non-Methane Volatile Organic Compounds = flüchtige organische Nicht-Methan-Verbindungen


14

2.1.3 Emissionen von Ozon-Vorläufersubstanzen in Nordostösterreich

Den in Abbildung 2.2 abgebildeten Emissionskatastern für die wichtigen Vorläufersubstanzen vonOzon-, Stickoxide und flüchtige organische Nicht-Methan-Verbindungen (NMVOC) kann entnommenwerden:

⇒ Der Ballungsraum Wien ist in Nordostösterreich die einzig großflächige Emissionsquelle von NOX &NMVOC

⇒ Im Bereich des deutlich kleineren Bratislava, 50 km östlich von Wien (Slowakische Republik), exi-stieren zwar ähnliche Emissionsdichten, allerdings bei geringerer Flächenausdehnung

⇒ An Werktagen tritt morgens ein deutliches NOX-Emissionsmaximum auf, während an Sonntagenhohe Stickoxidemissionen erst im Laufe des Tages beobachtet werden. Die NMVOC - Emissionenfallen am Nachmittag an den Sonn- und Feiertagen deutlich geringer als an Werktagen aus.

Die Schadstoffemissionen sind während der Nacht im allgemeinen deutlich geringer als am Tag.

Vom österreichischen Nationalrat wurde 1992 ein Maßnahmenplan zur längerfristigen Reduktion derOzonvorläufersubstanzen NO X und NMVOC (Reduktion von jeweils 70 % bis zum Jahr 2006, Bezugs-jahr 1985 bzw. 1988) beschlossen. Zur Einhaltung dieser im Ozongesetz (BGBl. Nr. 210/1992) in Formeines Stufenplans vorgegebenen Reduktionsziele müssen neben den bereits initiierten und durchge-führten Reduktionsmaßnahmen noch weitere, umfangreiche emissionsmindernde Maßnahmen reali-siert werden (diese Aussage und die folgenden Daten aus Baumann et al. (1996)):

• NOX - Emissionen:

Der Hauptverursacher der NOX- Emissionen ist vor allem in den Sommermonaten mit 75 % der Verkehr(Industrie 22 %). Selbst im Winter verursachen Kleinverbraucher, Kraft- und Heizwerke lediglich 20 %der Gesamtemissionen. Trotz Einführung von Emissionsgrenzwerten für PKW und vermehrtem Einsatzvon Katalysatoren konnten die NOX- Emissionen aus dem Verkehr seit 1985 nur geringfügig reduziertwerden (von 1985 bis 1996 um minus 6 %), da gleichzeitig die gefahrenen Personen-(+ 43 %) undTonnenkilometer (+ 83 %) markant angestiegen sind.

• NMVOC - Emissionen :

Im Sommer werden durch den Einsatz von Lösemitteln (42 %) und durch den Kfz- Verkehr (32 %) ¾der Gesamtemissionen verursacht. Vor allem beim Kfz- Verkehr konnte durch emissionsminderndeMaßnahmen (z.B. Katalysatorpflicht bei Neuwagen) seit 1988 eine Reduktion erreicht werden (zwi-schen 1988 und 1994 um minus 39 %)

⇒ Aufgrund der ständig zunehmenden Verkehrsdichte und der Tatsache, daß bei den Emissionenstationärer Quellen Reduktionsmaßnahmen (Fernwärmeausbau, Lösungsmittel-Verordnung, Gas-pendelung) gegriffen haben, kommt dem Straßenverkehr in Nordostösterreich hinsichtlich der Ge-samtemissionen von Ozonvorläufersubstanzen eine zunehmend größere Bedeutung zu.


15

.NOX & NMVOC - Emissionen im Juli 1995

Sonntag 8 Uhr NOX Montag 8 Uhr NOX

Sonntag 14 Uhr NMVOC Montag 14 Uhr NMVOC

Abbildung 2.2 Flächenhafte Verteilung der NOX- und NMVOC-Emissionen in Nordostösterreich imJuli um 8 bzw. 14 Uhr an einem Sonntag (links) und einem Montag (rechts) (aus Wi-niwarter et al., 1996)

Im Falle von besonders hohen Ozonbelastungen in den Sommermonaten mit Überschreitungen einerWarnstufe an zumindest 2 Messstellen im Ozonüberwachungsgebiet I (Wien, Niederösterreich undnördliches Burgenland) sieht das Ozongesetz Sofortmaßnahmen zur Verringerung der Ozonvor-läufersubstanzen vor, wobei die für den Straßenverkehr möglichen Restriktionen allerdings stark einge-schränkt sind.

>30 < 30 < 10 < 3 < 1 < 0,3 kg/h/km2

ÖSTERREICH

Tschechien

Slowakei


16

2.2 Luftschadstoffe und Luftchemie

2.2.1 Die Fotochemie in der bodennahen Atmosphäre

2.2.1.1 Bildung von Fotooxidantien

In der bodennahen Atmosphäre kann Ozon (O3) im wesentlichen nur durch die Reaktion von atomarem(O) mit molekularem Sauerstoff (O2) gebildet werden (Ozonbildung). Der erforderliche atomare Sauer-stoff wird in Folge solarer Einstrahlung (UV-Bereich) durch Fotodissotiation von Stickstoffdioxid (NO2)bereitgestellt. Das entstandene, äußerst reaktive Stickstoffmonoxid (NO) reagiert allerdings sehr raschwieder mit Ozon (Ozonabbau). Diese Prozesse führen schließlich zum fotostationären Gleichgewicht,Ozonbildung und -zerstörung gleichen einander aus (links in Abb. 2.3). Eine Ozonproduktion kann nurerfolgen, wenn die Oxidation von NO zu NO2 nicht nur durch O3, sondern auch durch andere chemi-sche Spezies erfolgt. In der bodennahen Atmosphäre wird durch chemisch äußerst aktive Reaktions-partner (Radikale) eine Vielzahl entsprechender Umwandlungsprozesse angeregt.

• Durch Reaktionen von verschiedenen flüchtigen organischen Verbindungen (flüchtige Kohlen-wasserstoffe) anthropogenen oder natürlichen Ursprungs mit sogenannten Radikalen werden zu-nächst komplexere, ebenfalls sehr reaktive chemische Verbindungen gebildet.

• Diese reaktiven Verbindungen führen schließlich zu einer Oxidation des NO zu NO2, wobei gleich-zeitig die ursprünglichen Radikale zurückgebildet werden ( katalytische Reaktionsfolge ).

Die resultierende NO - Oxidation, wobei es bei dieser Reaktionskette zu keiner Ozonzerstörung kommt(rechte Hälfte in Abb. 2.3), führt schließlich zu einer Nettoproduktion von Ozon. Diese luftchemischenVerhältnisse können in den Abgasfahnen von Großstädten zu einer intensiven regionalen Ozonbildungführen.

Abbildung 2.3 Schema zur Ozonbildung aus O2 und NO2 unter Mitwirkung verschiedener organi-scher Verbindungen (Darstellung stark vereinfacht)

⇒ In einer durch Stickoxide (NOX) und flüchtige Kohlenwasserstoffe (Vorläufersubstanzen von Ozon)verunreinigten Luftmasse finden bei Sonneneinstrahlung eine Vielzahl von sehr komplexen foto-chemischen Reaktionen bzw. Reaktionskreisläufen statt, wobei neben Ozon, verschiedene toxischeorganische Verbindungen entstehen. Die dabei ablaufenden katalytischen Reaktionszyklen sindteilweise noch ungeklärt.

NO

O2 + NO2 O Z O N

Sonnen-strahlung

FotostationäresGleichgewicht

NO2

Ozonsenke

OzonbildungO + O2

Radikale

FotochemischeOzonbildung

flüchtigeKohlenwasser-

stoffe

Reaktive Ver-bindungen

wegen NO-Oxidationdurch reaktive Verbin-

dungen

katalytischeReaktionskette


17

In Reaktionskammern wurde die Bildung von fotochemischen Smog unter UV- Bestrahlung simuliert(Abb. 2.4). Bei diesen Laborversuchen zeigte sich die Ozonentstehung im wesentlichen in drei Phasen:

0 100 200 300 400

time [minutes]

0

0,5

1,5

1,0

NO2

OZON

PAN

NOAldehyde

C Mn m

Abbildung 2.4 Typische Ergebnisse eines Ozonbildungsexperiments in einer Smogkammer. NebenOzon wurde die Synthese einer Vielzahl von Fotooxidantien beobachtet (z.B. PAN),die hier jedoch größtenteils nicht eingetragen sind.

2.2.1.2 Abbauprozesse von Ozon

Während der Nachtstunden wird Ozon bei fehlender Sonneneinstrahlung sehr effektiv durch eventuellvorhandene NOX-Emissionen abgebaut. Deshalb sinken die Ozonkonzentrationen im dichtbesiedeltenStadtgebiet nachts sehr stark ab. Neben diesen chemischen Abbaumechanismen wird Ozon durchtrockene Deposition, wenn auch nicht so effektiv, an allen Oberflächen reduziert. Die Depositionsge-schwindigkeit nimmt mit zunehmender Rauhigkeit bzw. Strukturiertheit der Oberfläche zu (z.B. in Wald-gebieten).

⇒ Während die Schadstoffemissionen in den Großstädten tagsüber zu einer intensiven regionalenOzonbildung führen können, wird das Ozon in der Nacht im Stadtgebiet häufig bis zur Nachweis-grenze abgebaut.

2.2.2 Bildung von Saurem Regen

Die chemische Umwandlung der Primärschadstoffe in der Atmosphäre zu Folgeprodukten, führt zwarzu einem Absinken der ursprünglichen Schafdstoffkonzentrationen, neue Problemstoffe können aller-dings entstehen und eine Beeinträchtigung der Umwelt mit sich bringen. So wird das Schwefeldioxid inder flüssigen Phase zu Sulfaten umgewandelt, wobei beim letztendlich ausgebildeten Sauren Regenauch die Oxidation des NO2 zu Nitraten von großer Bedeutung ist.

Eine Oxidation von SO2 zu Folgeprodukten (vor allem Schwefelsäure) erfolgt durch Reaktionen imgasförmigen Zustand wie auch durch Reaktionen in bzw. an flüssigen oder festen Teilchen. DieSchwefelsäure wird entweder an Aerosolpartikeln bzw. Schneekristallen angelagert oder in Wolken-,Nebel- sowie Regentröpfchen gelöst und schließlich in Folge der trockenen Deposition bzw. im Zugevon Regenfällen (naße Deposition) aus der Atmosphäre entfernt, wobei der resultierende hohe Säure-gehalt des Regenwassers entscheidend zur Waldschädigung beitragen kann (Saurer Regen).

• Rasche Bildung von NO2 aus NO, gleich-zeitig werden flüchtige Kohlen-wasserstoffe (C n Hm ) abgebaut, wobeiandere Spezies (z.B. Aldehyde) gebildetwerden.

• Bildung von Fotooxidantien – Ozon, Per-oxyacetylnitrat (PAN), etc. - aus dem NO2

und den reaktiven Kohlenwasserstoffen.

• Aufgrund der nun geringen NO2 - Konz-entration überwiegen kurzfristig chemi-sche Abbaureaktionen die Bildungsratevon Ozon und schließlich stellt sich eineGleichgewichtskonzentration von Ozonein (Crutzen et al., 1993).

conc

entr

atio

n [

ppm

]

Zeit [min.]

Kon

zent

ratio

n [

ppm

]


18

Abbildung 2.5 Schema zur Bildung von Saurem Regen durch Oxidation bzw. Umwandlung vonSO2 und NO2 zu Folgeprodukten unter Mitwirkung verschiedener Radikale bzw.Wassertröpfchen (Darstellung stark vereinfacht)

Wie bei den fotochemischen Prozessen kommt bei den Gasphasenreaktionen verschiedenen Radika-len eine entscheidende Bedeutung zu (Abb. 2.5). Bei der Oxidation des SO2 an Flüssigkeitströpfchenkommt es entweder zur Ausbildung einer Lösung oder zu einer chemischen Umwandlung. Die Löslich-keit des SO2 bzw. der Übergang von der gasförmigen in die flüssige Phase sowie die Umwandlung desSO2-Hydrats zu verschiedenen Sulfaten ist von einer Vielzahl von Einflußfaktoren abhängig (u.a. Luft-temperatur und pH-Wert der Tröpfchen).

Die Oxidationsprozesse können je nach dem Grad der Luftverschmutzung durch Katalysator-substanzen bzw. in den Wassertröpfchen gelöste Oxidationsmittel beschleunigt werden, wobei in denWintermonaten aufgrund des tieferen Temperaturniveaus und der geringeren Umwandlungsraten eineLebensdauer des SO2 von einigen Tagen möglich ist.

⇒ Aufgrund der relativ langen Verweildauer des SO2 in der Atmosphäre, insbesondere im Winter,kann es über große Entfernungen verfrachtet werden (Schadstoffferntransport), mitunter über eini-ge hundert Kilometer hinweg.

2.2.3 Chemische und physikalische Eigenschaften der Luftschadstoffe

2.2.3.1 Konzentrationsangaben

Die Konzentrations- bzw. Mengenangabe eines Spurengases in der Atmosphäre wird üblicherweise inVolumsanteilen (1 ppm = 1000 ppb ... parts per billion) oder Gewichtsanteilen (1 mg/m³ = 1000 µg/m³)angegeben. 1 ppm (parts per million) bedeutet 1 Volumsteil Schadstoff in einer Million Teile Luft, dasentspricht 1 cm³ Schadstoff in 1 m³ Luft. Dagegen sind bei Angabe von 1 µg/m³ (Mikrogramm pro Ku-bikmeter) 0,000001 Gramm Schadstoff in 1 m³ Luft zu verstehen. 1 m³ trockener Luft hat eine Massevon ca. 1,29 kg (bei 0 °C und Normaldruck = 1013 hPa).

⇒ In der Immissionsmesstechnik sind vor allem die Einheiten ppb oder µµg/m³ anzutreffen.

Bei der Umrechnung der Einheiten ist die Lufttemperatur und der Luftdruck zu berücksichtigen (sieheTab. 2.2).

Niederschlag

SO2

Salpeter-säure

Radikale

Nitratbildung

Schwefel-säure

Saurer Regen

Wassertröpfchen(Wolken-, Regen,-Nebeltröpfchen)

Sulfate

NO2

Auswaschungaus der Atmo-

sphäre

Nitrate

SO2-Oxidation inder Atmosphäre


19

2.2.3.2 Eigenschaften:

Einige wichtige chemische sowie physikalische Eigenschaften der im Rahmen dieses Berichts analy-sierten Luftschadstoffe sind in Tabelle 2.2 - Spalte 2 eingetragen:

Erläuterungen:1. Zeile: Typ und Phasenzustand der Luftbeimengung2. Zeile: Reaktivität des Luftschadstoffes3. Zeile: charakteristische Farbe und Geruch4. Zeile: Wasserlöslichkeit, von Bedeutung bezüglich der Aufnahme in den menschlichen Organismus5. Zeile: Natürliche Quellen6. Zeile: Konzentrationsbereich bzw. Konzentrationsmaximum in der Atmosphäre

2.2.3.3 Wirkungen

Aus einer Vielzahl menschlicher Aktivitäten resultiert eine Abgabe von Schadstoffen in die Atmosphäre.Ab einem bestimmten Konzentrationsniveau wirken sich diese Luftbeimengungen zumeist nachteiligauf die menschliche Gesundheit, die Vegetation sowie verschiedenste Materialien aus. Dabei kann dasZusammenwirken verschiedener Schadstoffe zur Definition von vorsorgenden Grenzwerten nicht aus-reichend berücksichtigt werden.

⇒ Die in Tabelle 2.2 angegebenen negativen Wirkungen der Luftschadstoffe können bei Einhaltungder in Tabelle 2.3 angegebenen Grenzwerte auf ein nicht mehr nachweisbares Minimum reduziertwerden.

Tabelle 2.3 Grenzwerte zum Schutz der Vegetation bzw. zum Gesundheitsschutz

Staubµg/m³

HMW MW1 7MW MW8 HMW TMW JMW MW1 MW8 TMW HMW TMW

VEGETATIONSSCHUTZ 300 150 60 60 200 80 30 120a

Sommerhalbjahr, IV - X 70 50Winterhalbjahr, XI - III 150 100

GESUNDHEITSSCHUTZ 120 100 200 80b 40 10 200 200d 200

IG-L 110c 200 10 150 200d 120

SMOGALARM e

Voralarm 600g

Smogalarm 1 800g

Smogalarm 2 1000g

OZON Warnwerte f HMW ... HalbstundenmittelwertVorwarnstufe MW X ... gleitender X - StundenmittelwertWarnstufe 1Warnstufe 2

a ... Darf an 7 nicht aufeinanderfolgenden Tagen pro Jahr Vegetationsperiode (April bis Oktober) überschritten werdenb ... Grenzwert wurde 1998 von 100 auf 80 µg/m³ herabgesetztc ... Zielwert, d.h. erfordert keine emissionsmindernden Maßnahmen; MW8 mit den Beginnzeiten 0, 8, 12 und 16 hd ... Darf dreimal pro Tag bis zu einem Höchstwert von 500 µg/m³ überschritten werdenee ... Mindestens an einem Drittel der Smogmessstellen (alle Messstellen außer AKH-Dach, Lobau, Schafbergbad, Hermannskogel) muß der Grenzwert überschritten werden. Für eine Entwarnung muß dieser Wert an allen Messstellen wieder unterschritten sein.f ... Innerhalb des Ozonüberwachungsgebietes I (Wien, NÖ, nördl. Burgenland) Grenzwert mindestens an zwei Meßstellen überschritten und gleichbleibende oder ansteigende Ozonbelastung liegt vor.g ... Summe von SO2 und Staub

JMW ... JahresmittelwertTMW ... Tagesmittelwert

400600800

20600350

40

MW3

800

SO2

µg/m³

MW3

mg/m³

30

COµg/m³NO2

7MW ... Siebenstundenmittelwerte von 9-16 Uhr

300400

Ozonµg/m³

200


20

Tabelle 2.2

Umrechnungsfaktoren, Eigenschaften, Wirkungen auf die menschliche Gesundheit sowie Quellen vonLuftschadstoffen

Von der Österreichschen Akademie der Wissenschaften wurden die folgenden Luftqualitätskriterienfestgelegt. Zusätzlich sind in Tabelle 2.3 die Immissionsgrenzwerte des Immissionsschutzgesetz Luft(IG-L, 1997) enthalten.

Spurengas, 3 O - Atome Negative Auswirkungen auf die Atemwegsorgane; reaktives Oxidationsmittel wird aufgrund der geringen Wasserlöslichkeit bis tief infarblos, charakt. Geruch die Lunge eingeatmet; Beeinträchtigung der Lungen-schlecht wasserlöslich funktionsfähigkeit; pathologische und morphologische

fotochemische Ozonbildung Veränderungen; insbesondere bei Kindern und Älteren:1 µg/m³ = 1,9954 ppb * Ozonschicht in 20-25 km Höhe Kopfschmerzen, Augenreizungen, Brustenge, Husten

Spurengas Reizgas für die Atemwegsorgane; aus der stark oxidierend Lösung in den Schleimhäuten resutliert eine erhöhte

braun, stechender Geruch Anfälligkeit gegenüber Krankheitserregernrelativ gut wasserlöslich im Atemtrakt

biologische Prozesse, Brände1 µg/m³ = 1,9123 ppb * bodennahe Atmosphäre

Spurengas Wesentlich weniger toxisch als NO2; führt zumäßig reaktiv keiner Reizung der Schleimhäute im Atemtrakt,

NO farblos, geruchlos allerdings rasche Umwandlung zu NO2 in der Luft;schlecht wasserlöslich beeinträchtigt den Sauerstofftransport im Blut

Vegetationsbrände1 µg/m³ = 1,2471 ppb * Stadtatmosphäre

Spurengas Beeinträchtigt den Sauerstofftransport im Blut undmäßig reaktiv damit die Sauerstoffversorgung des Körpers;

CO farblos, geruchlos negative Auswirkungen auf das Herzkreislauf-System- und Zentralnervensystem; Schlafstörungen, Kopf-

Brände schmerzen, Ermüdungserscheinungen1 mg/m³ = 1,1640 ppm * Stadtatmosphäre

Staubpartikelgrößen mit einem Verstärkt die schädlichen Wirkungen des SO2;

Durchmesser < 30 µm insbesondere feinste Partikel (< 10 µm) gelangen tief Staub unterschiedlich in die Lunge und führen zu einer Schwächung der Atem-

abhängig von Art und Größe wegsorgane; höhere Anfälligkeit gegenüber chronischerAngabe in ppb Bodenerosion, Waldbrände Bronchitis; Personen mit Atemwegserkrankungen

nicht möglich bodennahe Atmosphäre reagieren besonders sensibelSpurengas Reizung der Atemwege sowie der Schleimhäute in

mäßig reaktiv Augen, Mund, Nase und Bronchien;farblos, stechender Geruch allgemeine Beeinträchtigung der Atmung; besondere

gut wasserlöslich Bedeutung kommt wiederholten Belastungs-Vulkanausbrüche spitzen zu

1 µg/m³ = 2,6647 ppb * Troposphäre * Umrechnungsfaktoren bezogen auf eine Lufttemperatur von 20 °C und einen Luftdruck von 1013,25 mbar

Wirkungen

SO2

O3

Ozon

Anthropogene Quellen: lokale Erhöhungen u.a. bei Schalt-, Schweiß-, Filter- und Kopiervorgängen;

Kohlenmonoxid

Schwefeldioxid

Schwebstaub

Stickstoffmonoxid

Photochemische Ozonbildung in der Abgasfahne von Großstädten

NO2

Stickstoffdioxid

Luftschadstoff Eigenschaften


21

2.3 Meteorologische Grundbegriffe

2.3.1 Schadstoffdynamik eines Sommertages

Die folgenden theoretischen Erläuterungen zur Struktur und zu den meteorologischen Prozessen in-nerhalb der atmosphärischen Grenzschicht sollen typische Verhältnisse an einem Sommertag überLand mit geringer Bewölkung und schwachem Wind beschreiben, also meteorologische Verhältnisse,wie sie in Mitteleuropa häufig im Bereich von Hochdruckgebieten auftreten.

Die primäre Quelle von Energie für alle atmosphärischen Prozesse ist die kurzwellige Sonnenein-strahlung. Diese Strahlungsenergie wird zu einem Teil von der Atmosphäre absorbiert, gelangt jedochzum größeren Teil zur Erdoberfläche und wird an die angrenzende bodennahe Luftschicht abgegeben,welche sich dadurch erwärmt. Aufgrund horizontaler Temperatur- bzw. Druckunterschiede entstehenausgleichende Luftbewegungen, welche in Bodennähe abgebremst werden.

Die atmosphärische Grenzschicht ist jener Bereich der Atmosphäre, welcher durch mechanische undkonvektive turbulente Prozesse im ständigen Einflußbereich der Erdoberfläche steht, wobei es zu ei-nem Austausch von Wärme und Impuls kommt. Die Mächtigkeit dieser Schicht unterliegt jahres- undtageszeitlichen Schwankungen und liegt an einem sommerlichen Schönwettertag in Mitteleuropa zwi-schen 1500 und 2500 m.

Innerhalb der atmosphärischen Grenzschicht werden Luftschadstoffe einerseits durch die mittlereStrömung und andererseits durch turbulente Bewegungen verfrachtet. Letztere, die turbulente Diffusi-on, führt vor allem in Abhängigkeit von den Windverhältnissen und der Temperaturschichtung zu einerVerdünnung von Schadstoffen in der atmosphärischen Mischungsschicht. Die Mächtigkeit dieserSchicht (Mischungsschichthöhe z i ) unterliegt einer Vielzahl von Einflüssen, wobei die deutlichen tage-speriodichen Schwankungen bezüglich der vertikalen Verteilung der Vorläufersubstanzen und derOzonkonzentration von besonderem Interesse sind.

Die bodennahe Atmosphäre wird durch die vom Erdboden nach Sonnenaufgang abgegebene Wärmerasch erwärmt. Die zeitliche Entwicklung und Intensität dieses Prozesses wird maßgeblich von der Be-schaffenheit der Erdoberfläche beeinflußt. Städte sind z.B. regelrechte "Wärmeinseln", denn die vonder Sonneneinstrahlung erwärmten Asphalt- und Betonflächen sowie Hausmauern speichern die Wär-me über viele Stunden hinweg. In Folge der "Aufheizung" der bodennahen Luft resultiert eine labileTemperaturschichtung, welche durch ein Aufsteigen von sogenannten Thermikblasen gekennzeichnetist. Aus Kontinuitätsgründen wird dabei Luft aus höheren, relativ kühleren Luftschichten nach untengemischt. Diese thermische Turbulenz wird durch die reibungsbedingte mechanische Turbulenz3 ver-stärkt. Die resultierende Durchmischung in der Mischungsschicht zeigt sich durch fast höhenunabhän-gige meteorologische Parameter (u.a. potentielle Temperatur, Feuchtigkeit, Windgeschwindigkeit) -(Abb. 2.6). Lediglich in den untersten Dekametern treten mitunter deutliche vertikale Gradienten auf.

In Bodennähe emittierte Schadstoffe werden in die Mischungsschicht rasch eingemischt. Ob dadurchauch eine wesentliche Verdünnung dieser Substanzen erfolgt, hängt maßgeblich von der Mischungs-schichthöhe z i ab. Diese Höhe unterliegt einem ausgeprägtem Tagesgang und steigt am Vormittag mitder Intensität der Sonneneinstrahlung rasch an. Am frühen Nachmittag liegt sie in einer Höhe von biszu 2000 m. Diese Obergrenze der konvektiven Grenzschicht wird meist durch Absinkinversionen be-stimmt. Diese sind ein Kennzeichen von Hochdruckwetterlagen mit großräumigem Absinken der Luftund adiabatischer Erwärmung sowie wolkenauflösender Tendenz. Am Nachmittag nimmt die Intensitätder Sonnenstrahlung wieder ab, die thermisch induzierte Auftriebsbewegung wird geringer und z i

wächst nur mehr geringfügig an.

3 z.B. Luftwirbel, die auf der windabgewandten Seite von Hindernissen, etwa Baumreihen, entstehen.


22

Mit Sonnenuntergang wird die tagsüber deutlich positive Strahlungsbilanz des Bodens, besonders beiwolkenlosem Himmel, rasch negativ. Dadurch kühlt der Erdboden, wiederum stark von seiner Be-schaffenheit abhängig, schnell ab. So speichern z.B. die Straßen und Häuser einer Stadt relativ langedie tagsüber absorbierte Strahlungsenergie in Form von Wärme, die daraus resultierende deutlich ver-zögerte Abkühlung ist ein Grund für die „Wärmeinsel“ Stadt (z.B. Auer et al., 1989). Ähnlich wie am Tagfolgt die bodennahe Atmosphäre auch in der Nacht mit einer gewissen Trägheit dieser Temperaturän-derung. Die Grenzschicht ist nun stabil geschichtet, eine nächtliche Strahlungsinversion hat sich gebil-det, welche sehr effektiv Vertikalbewegungen verhindert. Die Mächtigkeit dieser Schicht beträgt, imLaufe der Nacht langsam zunehmend, einige hundert Meter. Innerhalb dieser flachen, ausschließlichdurch mechanische Turbulenz schwach durchmischten Schicht, kommt es aufgrund bodennaher Emis-sionen zu einer deutlichen Anreicherung mit Primärschadstoffen. In Becken - und Tallagen, wo der ho-rizontale Abtransport aufgrund der orographischen Situation nicht möglich ist, kann es in der Folge zubesonders hohen Schadstoffkonzentrationen kommen (z.B. Piringer et al., 1995).

Abbildung 2.6 Typischer Tagesgang der Schichtung der atmosphärischen Grenzschicht an einemsommerlichen Schönwettertag. Vertikalschnitte der potentiellen Temperatur verdeutli-chen die entsprechende vertikale Schichtung der Atmosphäre am Vor - und Nachmittagsowie während der Abendstunden (u.a. Stull, 1988)


23

Zwischen der Obergrenze der Bodeninversion und der Untergrenze der Höheninversion befindet sicheine Schicht die weder von der Erdoberfläche noch von der freien Atmosphäre wesentlich beeinflußtwird. Tagsüber in die atmosphärische Grenzschicht eingemischte Schadstoffe verbleiben fast unver-ändert in dieser sogenannten Reservoirschicht, da der Austausch mit anderen Luftschichten nicht mög-lich ist. Bei entsprechender Strömungssituation können sie in dieser Schicht über große Entfernungenverfrachtet werden. Die Mächtigkeit dieser Speicherschicht nimmt langsam ab, da die Höheninversionauf Grund der in der Nacht fehlenden konvektiven Auftriebskräfte absinkt (Subsidenz ≈ 100 m /h), mit-unter deutlich tiefer als in Abb. 2.6 dargestellt.

Nach Sonnenaufgang wird zunächst die stabil geschichtete, nächtliche bodennahe Inversionsschichtvom Boden her labilisiert. Die Folge der erneuten Aufheizung von der Erdoberfläche ist die kontinuierli-che Anhebung der Untergrenze der Bodeninversion, welche dann als abgehobene Inversion im Laufedes Vormittags bis zum Niveau der Absinkinversion ansteigen kann oder zuvor aufgelöst wird. DasAnsteigen der Mischungshöhe kann dabei deutlich über hundert Meter pro Stunde betragen. Wesent-lich bei diesem Vorgang ist das Einmischen der mit Sekundärschadstoffen angereicherten Luft aus derReservoirschicht in die gegebenenfalls mit Primärschadstoffen angereicherte bodennahe Luftschicht.

Abbildung 2.6 soll einen anschaulichen Überblick über diese tagesperiodischen Prozesse geben. Wäh-rend untertags die atmosphärische Grenzschicht gleich der Mischungsschicht ist, unterteilt sie sichwährend der Nachstunden in die stabile Genzschicht in Bodennähe sowie die darüberliegende Reser-voirschicht. Im Bereich von Thermikschläuchen können sich tagsüber bei großem Feuchtigkeitsgehaltder atmosphärischen. Grenzschicht konvektive Zellen bilden, welche vereinzelt die nach oben abgren-zende Inversion durchbrechen. Die entstandenen Cumuluswolken führen in diesem Höhenbereich zueinem Durchmischen der Mischungsschicht mit der freien Atmosphäre („Entrainment“).

Die Schadstoffbelastung eines Ortes im Nahbereich eines Emissionsgebietes hängt ganz wesentlichvom Zustand der atmosphärischen Grenzschicht ab. Während für primäre Schadstoffe vor allem dieVerdünnung durch die turbulente Diffusion und horizontale Transportprozesse verschmutzter Luft-massen die jeweilige Immissionssituation entscheidend beeinflussen, sind für die Ozonbelastung weite-re Einflußgrößen von Bedeutung.

Die Intensität fotochemischer Prozesse im Anschluß an die Emissionen der Ozon-Vorläufersubstanzenist im wesentlichen eine Funktion der jeweiligen Strahlungs- und Temperaturverhältnisse. Erst einigeStunden nach Einsetzen der Ozonbildung werden zumeist die Spitzenbelastungen erreicht. In Folgeder Verlagerung der mit Ozon bzw. dessen Vorläufersubstanzen angereicherten Luftmasse mit demmittleren Wind kann es auch in sonst emissisonsarmen Gebieten zu einer hohen Ozonbelastung kom-men.

In der Nacht wird bei Vorhandensein einer Strahlungsinversion nur in Bodennähe Ozon durch Stick-stoffmonoxid und trockene Deposition abgebaut. Folglich bleiben die in der tagsüber ausgebildetenMischungsschicht vorhandenen Fotooxidantien in der nächtlichen Reservoirschicht erhalten. NachSonnenaufgang kommt es zu vertikalen Transportprozessen ozonreicher Luft aus höheren Luft-schichten in die anwachsende Mischungsschicht.

⇒ An einem sommerlichen Schönwettertag führt die kräftige Sonneneinstrahlung zu einer thermischenDurchmischung der bodennahen Atmosphäre. Hohe Belastungen durch Primärschadstoffe sind aufdie Nacht- bzw. frühen Morgenstunden beschränkt. Aufgrund der tagsüber intensiven Sonnen-strahlung kommt es allerdings zur fotochemischen Ozonbildung.

2.3.2 Winterliche Inversionswetterlage

Wegen des ausgeprägten Jahresgangs der Sonnenstrahlungsintensität in den mittleren Breiten und derdaraus resultierenden Variabilität der Witterungsverhältnisse kommt in den Wintermonaten anderen


24

meteorologischen Prozessen eine zentrale Bedeutung hinsichtlich der Ausbreitung von Luftschad-stoffen zu als im Sommerhalbjahr. An einem sommerlichen Schönwettertag führt die intensive Sonnen-einstrahlung zu einer ausgeprägten thermischen Turbulenz und folglich zur Ausbildung der sogenann-ten Mischungsschicht mit einer raschen Verdünnung von bodennah emittierten Schadstoffen innerhalbeiner mächtigen Luftschicht (siehe Abb. 2.6). Im Winter ist dieser thermische Antrieb zur Durch-mischung der atmosphärischen Grenzschicht wesentlich schwächer ausgeprägt, folglich kommt es zukeiner vergleichbaren vertikalen Verdünnung bodennah emittierter Luftschadstoffe.

Insgesamt können sich im Bereich ausgeprägter winterlicher Hochdruckgebiete äußerst austauschar-me, windschwache Verhältnisse ausbilden, welche häufig zu einer Anreicherung der bodennahen At-mosphäre mit Luftschadstoffen führen. Im folgenden sollen die charakteristischen meteorologischenVerhältnisse während einer solchen winterlichen Belastungsepisode skizziert werden.

Der Strahlungsfluß von der Sonne zum Erdboden geht im Hochwinter auf ein Minimum zurück. DieTemperaturen sinken mit der Ausbildung eines ausgeprägten Hochdruckgebietes über Europa ("Kälte-hoch") mitunter weit unter den Gefrierpunkt. Bei zunächst wolkenlosen Verhältnissen führt die langwel-lige Ausstrahlung bzw. negative Strahlungsbilanz zu tiefen Lufttemperaturen. Dabei liegt das Tempe-raturminimum Österreichs häufig in schmäleren Alpentälern. Hier ist die ausstrahlende Fläche sehrgroß (langwellige Ausstrahlung jedes Festkörpers gemäß seiner Temperatur) und aufgrund der tiefstehenden Sonne führt die Abschattung durch die umgebenden Berge zu einer zusätzlich verringerten Son-neneinstrahlung, woraus eine besonders starke Luftabkühlung am Talboden resultiert. Die entstandeneTemperaturinversion (Temperaturzunahme mit der Höhe) verhindert vertikale Luftbewegungen in Bodennä-he bzw. einen Luftmassenaustausch mit den höhergelegenen, wärmeren Luftschichten. In ähnlicher Formbildet sich bei diesen Verhältnissen auch in den Beckenlagen und allgemein im Flachland eine nur wenigehundert Meter mächtige winterliche Inversionsschicht aus.

Während der Nacht führt die fehlende Sonneneinstrahlung in Bodennähe schließlich zu einer weiteren Ab-kühlung, sodass sich die Temperaturgegensätze zwischen bodennahen und höheren Luftschichten verstär-ken. Im Laufe der Tage kommt es, bei sonst unveränderten schwachwindigen Verhältnissen, zu einerAnreicherung von Wasserdampf sowie von Luftschadstoffen innerhalb der stabil geschichteten Boden-inversion.

In Folge der Feuchtigkeitszunahme, welche durch eine vorhandene Schneedecke ganz wesentlich be-schleunigt wird, bildet sich während der Nachtstunden bei Überschreitung des SättigungsdampfdruckesBodennebel aus. Dadurch verringert sich wiederum die langwellige Ausstrahlung des Erdbodens(Rückstrahlung durch den Nebel), sodass es zu keiner weiteren Abkühlung der bodennahen Luft mehrkommt. Nach Sonnenaufgang führt die ohnehin wenig intensive Sonneneinstrahlung höchstens zu ei-ner leichten Anhebung des Bodennebels, und häufig zu keiner Nebelauflösung in den Tallagen bzw. imFlachland. Folglich bleibt es im Flachland Nordostösterreichs ganztägig nebelig trüb, bei beständigemHochnebel und Temperaturen im Bereich des Gefrierpunktes, während im Bergland des Alpenvorlan-des bei Sonnenschein deutlich höhere Temperaturen registriert werden.

In weiterer Folge führt der beständige Hochnebel zwar zu einer Abschwächung des Nachtfrostes,gleichzeitig resultiert aus der verringerten Sonneneinstrahlung während des Tages insgesamt eine ab-geschwächte Tageserwärmung. Schließlich herrschen im Flachland stagnierende, niederschlagsfreie,trübe Verhältnisse mit geringen Tagesgängen der meteorologischen Parameter, schwachem Wind,lediglich diffuser Sonnenstrahlung sowie äußerst stabiler Temperaturschichtung. Die bodennahe Atmo-sphäre ist dann von den meteorologischen Ereignissen in höheren Luftschichten praktisch abgekoppelt.

Diese charakteristischen Verhältnisse können über Tage und mitunter Wochen andauern. Von zentralerBedeutung für die daraus resultierende Luftschadstoffentwicklung ist die Temperaturzunahme mit derHöhe. Während aus Hochdruckwetterlagen mit geringen Druckunterschieden ohnehin niedrige Wind-geschwindigkeiten resultieren, kommt es in Tal- und Beckenlagen zu einer Verschärfung der Situation.


25

Der Zustrom gering vorbelasteter Luftmassen aus dem Umland wird aufgrund der topographischenSituation gänzlich verhindert, da die Inversion wie ein "Deckel über einem Kochtopf“ horizontale sowievertikale Luftbewegungen auf ein Minimum reduziert. Bei Ost- bis Südwind treffen diese Verhältnisseauch für das Stadtgebiet von Wien zu. Dann verhindern die Hügel des Wienerwaldes bei Inversions-wetterlagen mit schwachem südöstlichem Wind eine Verlagerung der Stadtluft in das Lee der Groß-stadt (nach Nordwesten). Mangels einer "Frischluftzufuhr" kann es in der Stadtatmosphäre zu einerbeträchtlichen Anreicherung mit Luftschadstoffen kommen.

Der Schadstoffausstoß von Einzelemittenten mit großer Schornsteinhöhe (z.B. kalorische Kraftwerke)bzw. in Hanglage (siehe Abb. 2.7), erfolgt in den Wintermonaten manchmal oberhalb der bodennahen,mitunter weniger als 100 m mächtigen, Inversionsschicht . Die Emissionen können in dieser Situation jenach Strömungsverhältnissen in der darüberliegenden Luftschicht, nahezu ungestört über relativ großeEntfernungen verfrachtet werden und beeinflussen gleichzeitig die Schadstoffsituation im näherenUmfeld des Emittenten praktisch überhaupt nicht. Die Großemittenten im Stadtgebiet eines Ballungs-zentrums tragen daher gerade bei den meteorologischen Rahmenbedingungen, bei welchen es zurAusbildung einer regional verursachten ("hausgemachten") Belastungsepisode kommen kann, zu die-ser nur geringfügig bei. Andererseits resultiert aus diesen Verhältnissen häufig ein grenzüberschreiten-der Schafstoffferntransport.

Häufig kommt es erst mit dem Durchzug eines Tiefdruckgebietes zu einem Luftmassenwechsel. Derauffrischende Wind und die kräftige vertikale Durchmischung im Bereich der Kaltfront führt zu einerraschen Zerstörung der Bodeninversion und damit schließlich zu einem Ende der Schadstoffepisode.

⇒ Inversionswetterlagen, d.h. ruhige Wetterlagen mit stabiler Temperaturschichtung und geringenWindgeschwindigkeiten können im Winter insbesondere im Stadtgebiet zu einer Anreicherung derbodennahen Atmosphäre mit Primärschadstoffen führen.

Abbildung 2.7 Charakteristische Vertikalprofile der Primärschadstoff-Konzentrationen sowie der po-tentiellen Temperatur während einer winterlichen Inversionswetterlage

Kapitel 3.1 Charakterisierung der Luftgütemessstellen

26

3 ZEITLICHE ENTWICKLUNG DER BELASTUNG MIT LUFTSCHADSTOFFEN

In Österreich bzw. Wien wurden seit den späten 70-iger Jahren verschiedene Maßnahmen zur geziel-ten Reduktion der Schadstoffemissionen durchgeführt (siehe Kap. 2.1.2). Die Messdaten des WienerLuftgütemessnetzes liefern wertvolle Informationen, ob sich diese Anstrengungen auch in einem ent-sprechenden Ausmaß positiv auf die Luftqualität in der Bundeshauptstadt ausgewirkt haben (Kap. 3.2).Wie in den Kapiteln 3.4 bis 3.6 gezeigt wird, überlagern sich den Zeitreihen der Schadstoff-konzentrationen jahres-, wochen- sowie tagesperiodische Schwankungen.

Um die in Kap. 3.3 durchgeführten Analysen der Überschreitungshäufigkeiten von Grenzwerten, undzwar sowohl der beobachteten zeitlichen Entwicklung als auch der räumlichen Verteilung in Wien, inRelation zur Lage und unmittelbaren Umgebung der einzelnen Luftgütemessstellen setzen zu können,erfolgt zunächst eine Charakterisierung der Standorte.

3.1 Charakterisierung der Luftgütemessstellen

Für die Analyse und Interpretation der Schadstoffmessungen im Stadtgebiet von Wien ist die Kenntnisder Stationsumgebung von großer Bedeutung. Entsprechend der Höhenlage, Emittentennähe bzw.Urbanität usw., können die Messstellen verschiedenen Stationstypen zugeordnet werden. Für eineCharakterisierung der Standorte fanden neben den allgemeinen Informationen aus Tabelle 1.1 auch dieErgebnisse von statistischen Auswertungen (Abbildungen 3.1 bis 3.5) Berücksichtigung. VerschiedeneUntersuchungen im Rahmen dieser Studie wurden in weiterer Folge lediglich für einzelne charakteristi-sche Messstellen durchgeführt.

3.1.1 Stickstoffoxide

Das Stickstoffmonoxid wird hauptsächlich durch den Kfz-Verkehr emittiert, deshalb sind die Stickstoff-monoxid-Messwerte gut für eine entsprechende Charakterisierung geeignet.

Die Messwerte der Jahre 1987-1998 der Stationen wurde dazu entsprechend ihrer Verkehrsexpositionin Konzentrationsklassen eingeteilt und deren relative Häufigkeit bestimmt.

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Erholungsgeb. Verkehrsnah

Häufigkeiten von NO - Konzentrationen an den Luftgüte-messstellen in Wien, HMW der Jahre 1987 - 1998

Stadtgebiet

Abbildung 3.1

Typ 2 Typ 1Typ 3


27

Anhand der resultierenden in Abb. 3.1 dargestellten, Häufigkeitsanalyse der gemessenen NO-Konzentrationen lässt sich die Einteilung der Wiener Messstellen in 3 grundsätzlich verschiedene Ty-pen sehr deutlich veranschaulichen (nach der untersten Konzentrationsklasse geordnet!):

Verkehrsnahe Stadtmessstelle (Typ 1):An Hauptverkehrsstraßen gelegen werden an diesen Standorten hohe Primärschadstoffkonzentratio-nen registriert. Während der Verkehrsspitzen in den Morgen- und Abendstunden treten die höchstenBelastungen von NO (Abb. 3.1) sowie NO2 (Abb. 3.2) der Stadt auf. Lediglich die Ozonkonzentrationenwären wegen der raschen NO-Oxidation des Ozons mit Sicherheit relativ niedrig, deshalb werden andiesen Standorten auch keine Ozonmessungen durchgeführt. Die Ergebnisse hätten nur eine sehr ge-ringe räumliche Repräsentativität.

⇒ Die Messwerte der verkehrsnahen Messstellen liefern Hinweise zur Schadstoffsituation in starkbefahrenen Straßenschluchten, informieren also über die Verhältnisse, die für Fußgänger sowieAutofahrer von Interesse sind.

Verkehrsnahe Messstellen in Wien: Hietzinger Kai, Rinnböckstraße und Taborstraße

Stadtmessstelle (Typ 2):Unterschiedlich verkehrsexponiert befinden sich diese Messstellen größtenteils in typischen Wohnge-bieten. Das Verkehrsaufkommen in Stationsnähe ist grundsätzlich geringer als bei den verkehrsnahenMessstellen. Während beim Typ 1 hauptsächlich Kfz-Verkehrsemissionen hohe Luftschadstoffbela-stungen verursachen können, liefern die Stadtmessstellen Hinweise zur Belastungssituation für dieBevölkerung im dichtbesiedelten Stadtgebiet. Eine Herkunftsanalyse von Spitzenbelastungen ist häufignur durch eingehende Analysen möglich, da in der Regel eine Vielzahl von Verursachern in Fragekommt

⇒ Die Immissionsmessungen der städtischen Messstellen liefern Hinweise zur durchschnittlichenSchadstoffbelastung in den verschiedenen Wohngebieten Wiens.

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Häufigkeiten von NO2 - Konzentrationen an den Luftgüte-messstellen in Wien, HMW der Jahre 1987 - 1998

Stadtgebiet

Abbildung 3.2

Typ 2 Typ 1Typ 3


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Stadtmessstellen in Wien: AKH-Dach, Belgradplatz, Gaudenzdorf, Gerichtsgasse, Hohe Warte, Kai-ser-Ebersdorf, Kendlerstraße, Laaer Berg, Liesing, Stadlau, Stephansplatz, Währinger Gürtel

Messstelle im Erholungsgebiet (Typ 3):In den Erholungsgebieten am Stadtrand gelegen, verzeichnen diese Messstellen üblicherweise nur beiZustrom von Luftmassen aus dem Stadtgebiet oder bei großflächigen Belastungsepisoden hohe Pri-märschadstoffkonzentrationen. Bei Schadstoffen, die nur in unmittelbarer Emittentennähe in relativ ho-hen Konzentrationen auftreten (CO und NO), werden überhaupt so gut wie nie höhere Werte registriert.An der Stadtrandmessstelle Schafbergbad zeigt sich mitunter auch ein recht deutlicher lokaler Einflussdes Kfz-Verkehrs auf die Luftgütemessungen, aufgrund der unmittelbaren Nähe des Standortes zumstädtischen Bad. Trotz dieses Verkehrseinflusses wurde die Messstelle aufgrund Lage und Nutzung derunmittelbaren Umgebung dem Typ Erholungsgebiet zugeordnet.

⇒ Die Messstellen am Stadtrand erfassen die Luftgüte in den Erholungsgebieten Wiens.

Messstellen in Erholungsgebieten von Wien: Hermannskogel, Lobau und Schafbergbad

Anhand der getroffenen Einteilung soll nun durch direkten Vergleich untersucht werden, welche SO2-,Schwebstaub sowie CO-Konzentrationen üblicherweise an den drei charakteristischen Messstellenty-pen erfaßt werden.

3.1.2 Schwefeldioxid

Die geringsten Belastungsunterschiede zwischen den einzelnen Wiener Luftgütemessstellen sind beimSchwefeldioxid zu beobachten (Abb. 3.3). Die Standorte verzeichnen insbesondere bei der Häufigkeitder SO2-Spitzenkonzentrationen durchaus vergleichbare Prozentsätze, denn Belastungsepisoden wer-den häufig großflächig registriert und sind nicht auf den dichtbesiedelten Stadtbereich beschränkt. Le-diglich die verkehrsnahen Messstellen weisen in Folge der Kfz-Emissionen eine höhere mittlere Bela-stung auf.

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Häufigkeit von SO2 - Konzentrationen an den Luftgüte-messstellen in Wien, HMW der Jahre 1987 - 1998

Stadtgebiet

Abbildung 3.3

Typ 2 Typ 1Typ 3


29

⇒ Die Häufigkeit von SO2-Konzentrationen über 100 µg/m³ lag zwischen 1987 und 1998 beinahe un-abhängig vom Messstellentyp zwischen 0,8 und 2,2 %.

3.1.3 Schwebstaub

Hohe mittlere Staubbelastungen wurden zwischen 1987 und 1998 insbesondere an verkehrsnahenMessstellen registriert (Abb. 3.4). Dabei kommt der Rollsplitt-Ausbringung durch den Straßendienstnach Schneefällen eine besondere Bedeutung zu, denn in den Tagen danach werden häufig Schweb-staub-Spitzenkonzentrationen erfasst. Auf der Südosttangente wird hingegen im Winterdienst Streusalzausgebracht, daraus resultiert vermutlich die relativ geringe Staubbelastung der nahegelegenen Mess-stelle Rinnböckstraße. Auch an Messstellen in Industriegebieten (Liesing) sowie im Nahbereich längereZeit bestehender Baustellen (Kendlerstraße) war die mittlere Staubbelastung relativ hoch.

⇒ Die Staubbelastung kann grundsätzlich überall im Stadtgebiet erhöhte Werte annehmen, Grenz-werte werden allerdings zumeist im Einflussbereich von Baustellen oder in Folge der winterlichenRollsplitt-Streuung überschritten.

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Häufigkeiten von Schwebstaub - Konzentrationen an den Luftgütemessstellen in Wien, HMW der Jahre 1987 - 1998

Stadtgebiet

Abbildung 3.4

Typ 2 Typ 1Typ 3


30

3.1.4 Kohlenmonoxid

Die Häufigkeitsverteilungen der einzelnen Konzentrationsklassen (Abb. 3.5) weist auch beim Kohlen-monoxid, ähnlich wie bei den Stickstoffoxiden, auf den überwiegenden Einfluss durch den Kfz-Verkehrhin. Beim CO zeigt sich eine besonders deutliche Abnahme der mittleren Belastung mit zunehmenderEntfernung zu den stark befahrenen Straßenzügen. Denn während an der besonders verkehrsexpo-nierten Messstelle Hietzinger Kai sowie am ebenfalls verkehrsnahen Standort Taborstraße sehr häufighohe Konzentrationen erfasst wurden, liegt die Belastung in etwas größerer Distanz (ca. 100 m) zurFahrbahn deutlich niedriger (Rinnböckstraße und Währinger Gürtel).

⇒ Während in den ersten Jahren der flächendeckenden CO-Messungen im Stadtgebiet von Wienzeitweise Werte über dem vorsorglichen Gesundheitsschutz-Grenzwert aufgetreten sind, wurden inden vergangenen Jahren selbst an den verkehrsexponierten Standorten keine Überschreitungenfestgestellt.

Deshalb sind die CO-Messungen auf einige größtenteils verkehrsnahe Messstellen beschränkt.

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Stadtgebiet Verkehrsnah

Häufigkeit von CO - Konzentrationenan den Luftgütemessstellen in Wien, HMW der Jahre 1987 - 1998

Abbildung 3.5

Typ 1Typ 2

Kapitel 3.2 Längerfristige Trends der Immissionssituation in Wien

31

3.2 Längerfristige Trends der Immissionssituation in Wien

Im Stadtgebiet von Wien werden bereits seit über 30 Jahren Luftgütemessungen durchgeführt. Inner-halb dieses relativ großen Zeitraums wurden bei einer Vielzahl der Schadstoffemittenten verschiedeneemissionsmindernde Maßnahmen durchgeführt. Um nur einige zu nennen:

Ø Einbau von Rauchgasreinigungsanlagen oder Brennstoffumstellung auf Erdgas in den städtischenKraftwerken

Ø Schrittweise Verminderung des Schwefelgehalts in BrennstoffenØ Verstärkte Nutzung der Fernwärme zur Verringerung der Emissionen durch den HausbrandØ Einführung der §57a-Überprüfung inkl. Abgaskontrolle (1971) sowie des Kfz-Katalysators (1987)

Im Rahmen dieses Kapitels soll nun auf die gleichzeitig erfasste längerfristige Entwicklung der Immissi-onssituation an den Wiener Luftgütemessstellen eingegangen werden.

3.2.1 Stickstoffoxide & Ozon

Die Messwerte der ersten Jahre flächendeckender NOX- und Ozonmessungen in Wien sind noch vonetwas geringerer Güte. Erst zu Beginn der 90-iger Jahre wurden die Messungen mit Hilfe internationa-ler Referenzstandards kalibriert. Wie verschiedene Analysen gezeigt haben, dürften die Messungen(Messnetz-Jahresmittelwerte) in den späten 80-iger Jahren infolge der geänderten Kalibriermethodennicht mit den späteren Messungen vergleichbar sein. In den 90-iger Jahren zeigt sich bei den Jahres-mittelwerten ein gleichbleibender Trend (Abb. 3.6).

Die Ozonkonzentrationen weisen einen markanten Jahresgang auf (siehe Kap. 3.4). Die höchsten Spit-zenkonzentrationen wurden während ausgeprägter Ozonepisoden in den Sommermonaten der Jahre1992, 1994, 1995 sowie 1998 registriert. Dabei kam der jeweiligen Witterung stets eine entscheidendeBedeutung zu. Jahre mit weniger häufig ausgebildeten sommerlichen Hochdruckwetterlagen, folglichgeringerer Sonnenscheindauer und geringeren Temperaturen, verzeichneten deutlich seltener Ozon-spitzenkonzentrationen. Diese witterungsbedingten Schwankungen wirken sich allerdings auf den je-weiligen Jahresmittelwert nur geringfügig aus.Insgesamt konnte kein ansteigender oder abfallender Trend der mittleren Ozonbelastung beobachtetwerden. Städtische Messstellen (Hohe Warte, Laaerberg und Stephansplatz) sind allerdings für Lang-zeituntersuchungen wegen des Einflusses messstellennaher NO-Emittenten auf die Ozonkonzentrationnur bedingt geeignet.

Einen eindeutigen Trend gab es hingegen beim Stickstoffmonoxid. In den vergangenen Jahren wurdesowohl ein Rückgang bei den Spitzenwerten wie auch bei der mittleren NO-Belastung registriert (sieheAbb. 3.6 b)1. Trotz der stetigen Zunahme an gefahrenen Personen- und Tonnenkilometern dürfte sichhier die Einführung des Kfz-Katalysators zumindest an verkehrsexponierten Messstellen immissions-mindernd ausgewirkt haben. Bemerkenswert ist die Tatsache, dass die mittlere NO2-Belastung in Wienim Gegensatz dazu einen durchwegs gleichbleibenden Trend aufweist. Der Luftchemie kommt hier mitSicherheit eine entscheidende Bedeutung zu.


Zu Beginn der routinemäßigen Schadstoffmessungen in Wien, am Ende der 60-iger Jahre, lag das pri-märe Interesse auf dem klassischen Winterschadstoff Schwefeldioxid. Bereits Jahre zuvor hatten aus-geprägte Smogepisoden in London zu einer nachweisbaren Erhöhung der Sterblichkeitsrate geführt,wobei auch sehr hohe Feinstaubkonzentrationen beobachtet wurden. Während winterlicher Inversions-wetterlagen, folglich bei tiefen Lufttemperaturen, geringer Durchmischung und gleichzeitig erhöhtemHeizaufkommen, war ein Hauptverursacher der schlechten Luftqualität der Hausbrand. Zu ähnlichenErgebnissen gelangte man auch in Wien (Abb. 3.7), die SO2- und Staubkonzentrationen lagen aller-

1 Der höchste Messwert liegt bei den verwendeten NO-Messgeräten bei 1250 µg/m³.


32

dings deutlich unter den Belastungen, die in den großen Ballungszentren Europas erfasst wurden.Trotzdem war ein Handlungsbedarf gegeben, und in den 80-iger Jahren wurden verschiedene Maß-nahmen zur Verringerung der Luftbelastung durch Schwefeldioxid und Feinstäube durchgeführt (sieheAufzählung zu Beginn von Kap. 3.2).

Das Ergebnis ist sehr erfreulich. Während bis Ende der 70-iger Jahre noch kein abnehmender Trendbei den Jahresmittelwerten der SO2-Konzentrationen (Hohe Warte) zu beobachten war und in denWintermonaten häufig Konzentrationen weit über den gesetzlich festgesetzten Grenzwerten der Ge-genwart beobachtet wurden, verzeichnete die SO2-Zeitreihe in den 80-iger Jahren bereits einen ausge-

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Abbildung 3.6

Zeitreihen der Ozon-, NO- sowie NO2 - Konzentrationen in WienTageshöchstwerte der Jahre 1987 bis 1998

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sprochen deutlich ausgeprägten Rückgang der SO2-Belastung in Wien. Sowohl die Häufigkeit und In-tensität erhöhter Konzentrationen, wie auch die mittlere bzw. längerfristige Belastung ging markant zu-rück. Hier zeigt sich sehr deutlich der Erfolg der durchgeführten emissionsmindernden Maßnahmen(siehe Kap. 2.1). In den letzten 10 Jahren schließlich ist wiederum kaum ein Trend zu bemerken. DieAbnahme der Höchsterte wie auch verschiedener Mittelwerte der SO2-Konzentration über den Gesamt-zeitraum wird schließlich durch Abbildung 3.8 verdeutlicht.

Während zu Beginn der Messungen rund 4 % aller Halbstundenmittelwerte über dem Gesundheits-schutz-Grenzwert (Kap. 2.2.3.3.) von 200 µg/m³ lagen, wurde dieser Wert in den vergangenen Jahrennur mehr vereinzelt überschritten (Abb. 3.9). Auch bei den Grenzwerten zum Schutz der Vegetationkam es in den vergangenen 10 Jahren kaum mehr zu Überschreitungen, während in den 70-iger Jah-ren fallweise sogar der Grenzwert gemäß Vorwarnstufe des - allerdings erst 1987 eingeführten - Smo-galarmplans überschritten wurde. Bemerkenswert sind die etwas höheren Werte von 1996. Sowohlwährend des Winters 1995/96, als auch im Dezember 1996 führten die relativ tiefen Lufttemperaturen(Abb. 3.7) zu einem erhöhten Heizaufwand und aus den folglich etwas gestiegenen SO2-Emissionenresultierten die im Mittel leicht erhöhten SO2-Immissionen (siehe Kap. 4.1).

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Häufigkeiten (kumulativ) von Grenzwertenüberschreitungen(HMW, MW3 bzw. TMW) der Schwefeldioxidkonzentrationan der Messstelle Hohe Warte, Daten: 1968 bis 1998

Überschreitung von:Abbildung 3.9


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den

Jah

ren

1968

bis

199

8


35

3.2.3 Schwebstaub

Bei den Schwebstaub-Spitzenkonzentrationen in Wien zeigt sich ein gleichbleibender Trend seit 1987.Die Staubbelastung wird allerdings durch eine Vielzahl von Einflussfaktoren bestimmt, wobei insbeson-dere der Rollsplittstreuung nach winterlichen Schneefällen eine große Bedeutung zukommt. Die resul-tierende Staubentwicklung durch den Straßenverkehr führt mitunter noch Wochen später, während derStraßenreinigung, zu hohen Schwebstaubkonzentrationen im Stadtgebiet Wiens. Zusätzlich könnenauch lokale Ereignisse, wie Bauarbeiten u.ä., zu allerdings räumlich eng begrenzten deutlich erhöhtenStaubbelastungen führen. Schließlich sind auch die verschiedensten industriellen Aktivitäten von Be-deutung. Das Ergebnis ist die relativ große Variabilität in den Zeitreihen der maximalen Staubkonzen-tration (Abb. 3.10).

Abbildung 3.10

Zeitreihe der Staubkonzentration in Wien - Tageshöchstwerte (HMW) sowie Jahresmittelwerte 1987 - 1998

3.2.4 Kohlenmonoxid

Die Zeitreihe der Tageshöchstwerte der Kohlenmonoxidkonzentration zeigt hingegen, ähnlich wie diedes Stickstoffmonoxids, einen eindeutig abnehmenden Trend in den Jahren 1987 – 1998 (Abb. 3.11).Wie beim NO ist auch beim CO der Kfz-Verkehr als Hauptverursacher zu nennen. Folglich dürfte sichauch bei diesem Luftschadstoff die Einführung des Kfz-Katalysators positiv ausgewirkt haben, und dasobwohl gleichzeitig die gefahrenen Tonnen- wie Personenkilometer markant angestiegen sind (Bau-mann et al. (1996)).

Abbildung 3.11

Zeitreihe der CO-Konzentration in Wien - Tageshöchstwerte sowie Jahresmittelwerte 1987 – 1998

0

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1987 1989 1990 1991 1992 1993 1994 19971995 19961988 1998

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1987 1989 1990 1991 1992 1993 1994 19971995 19961988 1998

g/ m

³ ]

Kapitel 3.3 Überschreitungshäufigkeit von Grenzwerten

36

3.3 Überschreitungshäufigkeit von Grenzwerten

Zum Schutz der menschlichen Gesundheit und zum Schutz der Vegetation vor den schädlichen Aus-wirkungen hoher Luftschadstoffbelastungen wurden von der Österreichischen Akademie der Wissen-schaften (ÖAW) Vorsorgegrenzwerte festgelegt. Außerdem sind in den Ozon- sowie Smogalarmplänender Stadt Wien bzw. im Immissionsschutzgesetz Luft (IG-L) entsprechende Grenzkonzentrationen zumSchutz der Gesundheit definiert (siehe Kap. 1.4). Im Rahmen dieses Kapitels sollen die Luftgütemess-daten der vergangenen Jahre bezüglich der Häufigkeit von Grenzwertüberschreitungen untersuchtwerden.

3.3.1 Stickstoffdioxid

Bei der Überschreitungshäufigkeit des Grenzwertes zum vorbeugenden Schutz der Vegetation1 zeigtsich beim Primärschadstoff NO2 sehr deutlich die große Bedeutung des Kfz-Verkehrs. An den verkehrs-exponierten Stellen Hietzinger Kai, Rinnböckstraße sowie Taborstraße wurden in den Jahren 1987 -1998 (Abb. 3.12) die häufigsten Überschreitungen erfasst, während an den Standorten in den Erho-lungsgebieten am Stadtrand nur sehr selten Grenzwertüberschreitungen zu beobachten waren. Gleich-zeitig wurde der Grenzwert zum vorsorglichen Gesundheitsschutz2 auch am Hietzinger Kai – wennauch sehr selten - überschritten (an durchschnittlich 10 Tagen im Jahr). Bei der umfangreichen Analysedes Datenmaterials der vergangenen Jahre wurden folgende Beobachtungen gemacht:

Abbildung 3.12Überschreitungshäufigkeit des Vegetationsschutz-Vorsorgegrenzwertes gemäß ÖAW für NO2

(Tagesmittelwert von 80 µg/m³) an den Wiener Luftgütemessstellen in den Jahren 1987-1998

1 NO2-Vegetationsschutzgrenzwert: Tagesmittelwert 80 µg/m³2 NO2-Gesundheitsschutzgrenzwert: Halbstundenmittelwert 200 µg/m³


37

⇒ In unmittelbarer Verkehrsnähe ist die Vegetation im Stadtgebiet von Wien relativ häufig einer NO2-Belastung über dem vorsorglichen Grenzwert ausgesetzt, in den Grün- bzw. Erholungsgebieten amStadtrand sind allerdings derartige Beeinträchtigungen äußerst selten.

⇒ Selbst im Nahbereich der Hauptverkehrsstraßen Wiens, an welchen die Luftgütesituation erfasstwird, wurde der Vorsorgegrenzwert zum Schutz der menschlichen Gesundheit vor den Auswirkun-gen des Luftschadstoffes NO2 nur sehr selten überschritten.

Für Stickstoffmonoxid sind keine Grenzwerte definiert.

3.3.2 Ozon

Ozon wird in Wien an 2 Standorten am Stadtrand (Hermannskogel und Lobau) sowie an 3 städtischenMessstellen (Hohe Warte, Laaer Berg und Stephansplatz) erfasst. Während beim Stickstoffdioxid diehäufigsten Grenzwertüberschreitungen an den städtischen und insbesondere verkehrsnahen Mess-stellen erfasst wurden, zeigt sich beim Sekundärschadstoff Ozon im Gegensatz zum NO2 ein gänzlichanderes Bild. Die häufigsten Überschreitungen der Grenzwerte (Abb. 3.13) zum vorbeugenden Ge-sundheits- und Vegetationsschutz wurden nicht in unmittelbarer Nähe zu den Emittenten - im dichtbe-siedelten Stadtgebiet - sondern an den Stadtrandmessstellen in den Erholungsgebieten Wiens erfasst.So wurden am Hermannskogel insbesondere während der Sommermonate nicht selten über Wochenhinweg Überschreitungen des Vegetationsschutz-Grenzwertes registriert.

Abbildung 3.13

Überschreitungshäufigkeit verschiedener Ozon-Grenzwerte an den Wiener Ozonmessstellen in denJahren 1987 - 1998

Selbst an den städtischen Messstellen, an welchen aufgrund der ständigen NO-Emissionen und derdaraus resultierenden Ozonzerstörung (siehe Kap. 2.2.1.2) im Mittel vor allem während der Nachtstun-


38

den deutlich geringere Ozonkonzentrationen erfasst werden, lagen insgesamt über 50 % aller Mess-werte über dem Vegetationsschutz-Grenzwert (7MW > 60 µg/m³). Die relativ hohe mittlere Ozonbela-stung, welche sich negativ auf den Zustand der Vegetation in den Erholungsgebieten Wiens auswirkt,ist eine Folge der hohen Ozon-Hintergrundbelastung in Mitteleuropa (POP, 1997). Emissionsminderun-gen bei den Vorläufersubstanzen von Ozon im Großraum Wien würden mit Sicherheit zu keiner nen-nenswerten Verbesserung der Belastungssituation führen. Selbst die wesentlich höher angesetztenGrenzwerte zum Schutz der menschlichen Gesundheit wurden in Folge der während des Sommersvorhandenen hohen überregionalen Ozon-Vorbelastung überschritten (siehe Kap. 5).Eine Reduktion der Emissionen von Schadstoffen, die zu einer Ozonbildung beitragen - z.B. Einschrän-kung des Kfz-Verkehrsaufkommens - im regionalen Maßstab würde sich in erster Linie auf die Häufig-keit und Intensität von Spitzenbelastungen der Ozonkonzentration auswirken. Entsprechende statisti-sche Auswertungen bezüglich der Häufigkeit von Tagen mit einer Überschreitung der Vorwarnstufegemäß Ozongesetz erfolgt in Kapitel 5.

⇒ Im Gegensatz zu den Primärschadstoffen treten Überschreitungen der Grenzwerte bezüglich desSekundärschadstoffes Ozon am häufigsten nicht im Nahbereich der Schadfstoffemittenten - imdichtbesiedelten Stadtgebiet - sondern im Umland von Wien auf.


Die vorsorgenden SO2-Grenzwerte zum Schutz der Vegetation bzw. der menschlichen Gesundheitwurden zwischen 1987 und 1998 nur selten überschritten. Zum Vergleich: Die Überschreitungs-häufigkeit des Vegetationsschutz-Grenzwertes lag an der Hohen Warte in den Jahren 1968 bis 1977noch bei 10,6 %. Der Wert von 0,4 % für die Periode 1987 bis 1998 zeigt sehr anschaulich, wie erfolg-reich die emissionsmindernden Maßnahmen in Wien bezüglich der mittleren Schwefeldioxidbelastungwaren. So wurde der Gesundheitsschutz-Grenzwert (HMW > 200 µg/m³) im Winterhalbjahr 1997 / 1998an keiner einzigen Messstelle im Stadtgebiet von Wien überschritten, und auch in den Jahren zuvor(seit 1987) nur während relativ seltener Belastungsepisoden. Am klassischen Winterschadstoff SO2

zeigt sich sehr eindrucksvoll, dass die koordinierte und umfassende Durchführung verschiedener Maß-nahmen zur Verringerung schädlicher Emissionen sehr effizient sein kann - in Anbetracht der hohenmittleren Wiener Schwefeldioxidbelastung in den späten 60-iger Jahren eine außerordentlich erfreuli-che Entwicklung.

In Abbildung 3.14 ist recht gut zu erkennen, dass an den Stadtrandmessstellen ähnliche Überschrei-tungshäufigkeiten zu beobachten waren wie zum Teil im dichtbesiedelten Stadtgebiet Wiens. ErhöhteSO2-Konzentrationen wurden häufig nicht nur an den Stadtmessstellen registriert, denn Schadstoffepi-soden mit einer erhöhten Schwefeldioxidbelastung treten nicht selten überregional auf, und sind nichtauf die unmittelbaren Ballungszentren Ostösterreichs beschränkt. Prozesse des Ferntransports undSchadstoffimports aus dem benachbarten Ausland sind bezüglich der SO2-Belastung in Wien von gro-ßer Bedeutung (siehe Kap. 4.1.2 und 4.5).

⇒ Vorsorgliche Grenzwerte bezüglich Schwefeldioxid wurden in Wien seit 1989 nur mehr sehr seltenüberschritten. An den Niederösterreichischen Messstellen am Stadtrand von Wien konnte bezüglichder Überschreitungshäufigkeiten kein deutlicher Einfluss der Wiener SO2-Emissionen festgestelltwerden. Von größerer Bedeutung ist der Schadstoffimport aus dem benachbarten Ausland.


39

Abbildung 3.14

Überschreitungshäufigkeit des Vegetationsschutz-Vorsorgegrenzwertes gemäß ÖAW für Schwefel-dioxid (Sommerhalbjahr: HMW > 70 µg/m³; Winterhalbjahr: HMW > 150 µg/m³) an den Wiener Luft-gütemessstellen in den Jahren 1987 - 1998

3.3.4 Schwebstaub

An einigen Wiener Messstellen war für den Betrachtungszeitraum 1987 bis 1998 eine erhöhte Schweb-staubbelastung bzw. Überschreitungshäufigkeit bezüglich des Vegetationsschutz-Grenzwertes festzu-stellen (Abb. 3.15). Während diese höheren Prozentsätze an den Standorten Taborstraße und Hietzin-ger Kai eine Folge des starken Kfz-Verkehrsaufkommens im Nahbereich der Messstellen sind, führenin Liesing der Schwerverkehr und industrielle Tätigkeiten im südlichem Stadtgebiet von Wien zu einerhöheren Staubbelastung. Die relativ hohe Überschreitungshäufigkeit an der Messstelle Kendlerstraßeist mit Sicherheit eine Folge der über einige Jahre hinweg nahegelegenen U-Bahn-Baustelle.

⇒ Überschreitungen der vorsorglichen Grenzwerte bezüglich Schwebstaub treten größtenteils im Ein-flussbereich lokaler Emittenten (Baustellen, Industriebetriebe) bzw. im Nahbereich von stark befah-renen Straßen auf.


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Abbildung 3.15

Überschreitungshäufigkeit des Vegetationsschutz-Vorsorgegrenzwertes gemäß ÖAW für Schweb-staub (TMW > 120 µg/m³) an den Wiener Luftgütemessstellen in den Jahren 1987 - 1998

Kapitel 3.4 Jahreszeitliche Schwankungen

41

3.4 Jahreszeitliche Schwankungen

Mit den im Jahresrhythmus schwankenden Witterungsbedingungen treten auch unterschiedliche Aus-breitungsbedingungen für die Luftschadstoffe in der Stadtatmosphäre auf (siehe Kap. 2.3). In Folge derzusätzlich ansteigenden Emissionen durch die Kleinverbraucher, kalorischen Kraftwerke, usw. währendder Wintermonate können bei den Luftmesswerten des Wiener Luftgütemessnetzes ausgeprägte Jah-resgänge der Schadstoffkonzentrationen beobachtet werden. Die Intensität dieser jahreszeitlichenSchwankungen soll im Zuge dieses Kapitels vorgestellt werden.

Die Abbildungen 3.16 sowie 3.17 zeigen recht deutlich den bereits erwähnten vor allem meteorologischbedingten Zusammenhang zwischen Jahreszeit und mittlerer Schadstoffbelastung in Wien. Diese Aus-wertungen begründen auch die in diesem Bericht wiederholt anzutreffende Trennung zwischen "klassi-schen" Sommer- und Winterluftschadstoffen. Während der Wintermonate werden unabhängig vomStandort nur äußerst selten hohe Ozonkonzentrationen erfasst. Die Erläuterungen in Kap. 2.2 habengezeigt, dass der Sekundärschadstoff Ozon fotochemisch insbesondere während sommerlicher Hoch-druckwetterlagen, bei intensiver Sonneneinstrahlung und hohen Lufttemperaturen, gebildet wird bzw.europaweit während der Sommermonate relativ hohe Werte annimmt (VISAS, 1987). In den Wintermo-naten werden hingegen im Mittel über das Jahr die höchsten Primärschadstoffkonzentrationen erfasst.

Der direkte Vergleich der Messungen an einer Stadt- mit den Ergebnissen einer Stadtrandmessstelle(Erholungsgebiet) zeigt recht deutlich, dass an der Freilandmessstelle deutlich häufiger höhere Ozon-konzentrationen erfasst werden. Wie in Kapitel 3.6 noch gezeigt wird, ist dieses zunächst überraschen-de Ergebnis eine Folge der unterschiedlich ausgeprägten Tagesgänge an diesen Messstellen. Der

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JÄN FEB MÄR APR MAI JUN JUL AUG SEP OKT NOV DEZ

> 200 µg/m³ 160 - 200 µg/m³ 120 - 160 µg/m³ 80 - 120 µg/m³ 40 - 80 µg/m³ 0 - 40 µg/m³

Häufigkeiten von Ozonkonzentrationen im Jahres-verlauf an einer Stadtmessstelle in Wien (Laaerberg)und im Wienerwald (Hermannskogel),HMW der Jahre 1987 - 1998

Abbildung 3.16

Erholungsgebiet

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Stadtmessstelle


42

Sekundärschadstoff Ozon nimmt diesbezüglich eine Sonderstellung ein. Nicht im unmittelbaren Stadt-gebiet, sondern zumeist im Lee großer Ballungszentren werden die höchsten Konzentrationen erfasst(siehe Kap. 5).

⇒ Während der Sommermonate werden die höchsten Ozonkonzentrationen des Jahres erfasst. Inden Erholungsgebieten am Stadtrand kommt es, in Folge der hohen sommerlichen Ozon-Hintergrundbelastung, häufig über Wochen hinweg zu einer Überschreitung des vorsorglichenGrenzwertes zum Schutz der Vegetation.

Gänzlich anders die Situation bei den NOX-Konzentrationen, wobei in Abbildung 3.17 lediglich der Jah-resverlauf des Stickstoffmonoxids, wiederum für zwei unterschiedliche Standorte, dargestellt ist. Wäh-rend selbst an den Stadtmessstellen relativ selten höhere Konzentrationen auftreten, verzeichnet deräußerst verkehrsnahe Messpunkt Hietzinger Kai häufig sehr hohe NO-Konzentrationen. Die Stickstoff-oxide werden zu einem überwiegenden Anteil vom Kfz-Verkehr emittiert (siehe Kap. 2.1.1). Wegen derraschen Oxidation des NO zu NO2 (siehe Kapitel 2.2.1.1) zeigt sich beim Stickstoffmonoxid ein beson-ders ausgeprägter Unterschied zwischen den unterschiedlich verkehrsbeeinflussten Messstellen. DerBelastungsschwerpunkt liegt jeweils im Winterhalbjahr.

Einen ähnlichen Jahresverlauf zeigen auch die Stickstoffdioxid-Konzentrationen. Der Jahresgang istallerdings insbesondere bei den verkehrsnahen Messstellen deutlich schwächer ausgeprägt. Aufgrundder längeren Verweildauer des NO2 in der Atmosphäre können fallweise auch an geringer verkehrsbe-einflussten Messstellen am Stadtrand Belastungsspitzen auftreten. Die Häufigkeit höherer Werte nimmtauch bei diesem Primärschadstoff während der Wintermonate zu. Aufgrund der sonst ähnlichen Ge-setzmäßigkeiten wird auf eine entsprechende Abbildung verzichtet.

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Verkehrsnah

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JAN FEB MAR APR MAI JUN JUL AUG SEP OKT NOV DEZ


Häufigkeiten von NO - Konzentrationen im Jahresverlaufan einer äußerst verkehrsnahen Messstelle in Wien (Hietzinger Kai) und im Stadtgebiet (Gaudenzdorf),HMW der Jahre 1987 - 1998

Abbildung 3.17

Stadtgebiet


43

Interessant ist der mittlere Jahresverlauf der SO2-Konzentration (Abb. 3.18). Auch hier werden diehöchsten Konzentrationen im Winterhalbjahr erfasst, wobei der Jahresgang an verkehrsnahen Mess-stellen wesentlich schwächer ausgebildet ist als an den anderen Messstellen. Während winterlicherBelastungsepisoden steigt die SO2-Belastung großflächig (siehe Kap. 5) an, die Emissionen des Kraft-fahrzeugverkehrs sind dann von geringerer Bedeutung. In den Sommermonaten führen hingegen dieKfz-Emissionen zu einer erhöhten Grundbelastung im Nahbereich der Hauptverkehrsstraßen. Darausresultieren die unterschiedlich deutlich ausgeprägten Jahresgänge.

⇒ Der höhere Energiebedarf in den Wintermonaten führt zu Emissionsanstiegen. In Verbindung mitungünstigen meteorologischen Bedingungen wird die Stadtatmosphäre mit Schadstoffen angerei-chert. Diese von den Sommermonaten gänzlich unterschiedliche Emissonssituation verursacht ei-nen ausgeprägten Jahresgang der Schadstoffimmissionen. Der Belastungsschwerpunkt liegt beiallen Primärschadstoffen folglich im Winterhalbjahr, in welchem Konzentrationen in einer Höhe auf-treten können, die im Sommer nie zu beobachten sind.

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Häufigkeiten von SO2 - Konzentrationen im Jahresverlauf an einer äußerst verkehrsnahen Messstelle im Stadt-gebiet von Wien (Hietzinger Kai) und im Wienerwald (Hermannskogel), HMW der Jahre 1987 - 1998

Abbildung 3.18

Erholungsgebiet

Kapitel 3.5 Wochengang der Luftqualität in Wien

44

3.5 Wochengang der Luftqualität in Wien

Die Emissionen im Großraum Wien folgen einem ausgeprägten Wochenverlauf. An Werktagen werdendeutlich größere Schadstoffmengen emittiert als am Wochenende. So sinkt das Kfz-Verkehrsauf-kommen am Wochenende je nach Straßenzug um ca. 30 bis 50 % (Nadler & Steierwald, 1997). Hiersoll nun untersucht werden, inwieweit sich die daraus resultierenden Emissionsminderungen auf dieLuftqualität im Stadtgebiet von Wien auswirken.

3.5.1 Stickstoffoxide und Ozon

Der Hauptverursacher der NOX-Emissionen ist der Kfz-Verkehr. Das zeigt sich auch recht deutlich beider Wochentagsabhängigkeit der Immissionen. Während an den Stadtmessstellen nur ein relativ gerin-ger Wochengang zu verzeichnen ist, und die Konzentrationen am Wochenende nur geringfügig sinken,verzeichnen verkehrsnahe Messstellen ein deutliches Absinken der NO2-Konzentrationen. Abbildung3.19 (links) zeigt, dass höhere Tageshöchstwerte insbesondere an Sonntagen wesentlich seltener undtiefe Konzentrationen deutlich öfter registriert werden. Die Häufigkeitsverteilung der NO-Konzentrationen zeigt einen nahezu identen Verlauf, auf eine Darstellung wurde deshalb verzichtet.Der markante Verkehrsrückgang am Wochenende führt also zu einem annähernd proportionalen Ab-sinken der mittleren NOX-Belastung.

Da die Stickoxide zu den wichtigen Vorläufersubstanzen von Ozon gehören, stellt sich die Frage, obdas Absinken an verfügbaren Primärschadstoffen im Sommer auch zu entsprechend reduzierten Ozon-konzentrationen führt. Eine entsprechende Auswertung für den Sekundärschadstoff Ozon ergab zu-nächst in allen Konzentrationsklassen einen durchaus gleichbleibenden Trend im Wochenverlauf (Abb.3.19, rechts). Eine eingehende Analyse von Tagen, an welchen in Ostösterreich Ozonkonzentrationen> 200 µg/m³ aufgetreten sind (Kap. 4.2), zeigte allerdings, dass im Großraum Wien die Häufigkeit sowieIntensität von Ozon-Spitzenkonzentrationen am Wochenende leicht absinkt. Diese zunächst wider-sprüchlichen Ergebnisse sind ein Hinweis, dass die O3-Spitzenkonzentrationen in der Abgasfahne vonWien während sommerlicher Ozonepisoden durch lokale Reduktionsmaßnahmen der Vorläufersub-stanzen absenkbar sein könnten.

⇒ Die Häufigkeit höherer NOX-Konzentrationen sinkt am Wochenende bei deutlich vermindertem Ver-kehrsaufkommen im Schnitt um 50 % ab.

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MO DI MI DO FR SA SO

> 120 µg/m³ 80 - 120 µg/m³ 40 - 80 µg/m³ 0 - 40 µg/m³

Abbildung 3.19

Häufigkeit von maximalen NO2 - bzw. Ozonkonzentrationen an einer verkehrs-

nahen Messstelle (NO2: Hietzinger Kai) bzw. in Wien (Ozon) im Wochenverlauf, Tageshöchstwerte (HMW) in den Jahren 1987 bzw. 1990 bis 1998

NO2


Ozon

Kapitel 3.5 Wochengang der Luftqualität in Wien

45

3.5.2 Schwefeldioxid und Schwebstaub

Auch bei den Schwefeldioxid- und Schwebstaubkonzentrationen zeigt sich ein ausgeprägter Wochen-gang (Abb. 3.20, links), mit den größtenteils gleichen Ursachen. Besonders deutlich nimmt am Wo-chenende die Häufigkeit höherer Staubkonzentrationen ab. Die Emissionen gehen bei vielen Emitten-tengruppen deutlich zurück, so sinkt am Wochenende der Energiebedarf, die industriellen Aktivitätenwerden stark reduziert, das Verkehrsaufkommen geht zurück, Bauarbeiten werden größtenteils ausge-setzt, usw. In der Folge geht die mittlere Belastung bereits am Samstag deutlich zurück und an Sonn-tagen werden im Stadtgebiet von Wien nur äußerst selten hohe Staubkonzentrationen erfasst und zu-meist liegen die Tageshöchstwerte (HMW) deutlich unter 80 µg/m³ (Abb. 3.20, rechts).

⇒ Die verminderten Schadstoffemissionen am Wochenende (u.a. verringertes Verkehrsaufkommen)führen im allgemeinen zu deutlich reduzierten Immissionen an den arbeitsfreien Tagen, wobei sichdas Absinken bei den hauptsächlich durch den Verkehr verursachten Stickoxiden sowie beimSchwebstaub mit jeweils ca. 50 % am deutlichsten bemerkbar macht. Bei Ozon konnte eine Ab-nahme der Konzentrationen an den Wochenenden lediglich während sommerlicher Ozonepisodenbeobachtet werden.

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> 120 µg/m³ 80 - 120 µg/m³ 40 - 80 µg/m³ 0 - 40 µg/m³

Abbildung 3.20

Häufigkeit von maximalen SO2 - bzw. Staubkonzentrationen in Wien im Wochenverlauf, Tageshöchstwerte (HMW) in den Jahren 1987 bis.1998

SO2


Schwebstaub

Kapitel 3.6 Schadstoffimmissionen im Tagesverlauf

46

3.6 Schadstoffimmissionen im Tagesverlauf

Während der Nachtstunden sinken die Emissionen aus Industriebetrieben, kalorischen Kraftwerken,sowie aus dem Straßenverkehr. Die Auswirkungen dieser Emissionsrückgänge auf den Tagesverlaufder Schadstoffimmissionen ist Gegenstand der folgenden Analysen.

3.6.1 Stickoxide

Hauptverursacher der Stickoxid-Emissionen ist der Kfz-Verkehr (siehe Kap. 2.1). Die Bedeutung desStraßenverkehrs auf die resultierenden mittleren NOX-Immissionen zeigt sich sehr deutlich im Tages-verlauf der Immissionen. Spitzenkonzentrationen werden zumeist während der Verkehrsspitzen in denMorgen- und Abendstunden erfasst, wobei am extrem verkehrsexponierten Standort Hietzinger Kaizumeist die höchsten NO- wie auch NO2-Konzentrationen des Wr. Messnetzes registriert werden.

Hingegen treten an den Freilandmessstellen Hermannskogel und Lobau, in ausgedehnten Erholungs-gebieten Wiens, üblicherweise sehr geringe NOX-Konzentrationen auf, wobei die Unterschiede beimchemisch wesentlich reaktiveren NO deutlich ausgeprägter ausfallen. Hohe Stickstoffmonoxidkonzen-trationen werden praktisch ausschließlich in unmittelbarer Verkehrsnähe gemessen. Bereits in einigenhundert Meter Entfernung treten wegen der raschen Oxidation zu NO2 deutlich verringerte Immissionenauf, wie dies durch Abbildung 3.21 verdeutlicht wird. Beim chemisch wesentlich langlebigeren Stick-stoffdioxid kann hingegen häufig eine Verlagerung in das Lee der Großstadt beobachtet werden, so-


47

dass am Hermannskogel bzw. bei NW-Wind in der Lobau mitunter Belastungsspitzen im Einfluss derStadt auftreten. Daraus resultieren schließlich wesentlich geringere Unterschiede zwischen Stadt- undFreilandmessstelle als beim Stickstoffmonoxid.

⇒ Während der Verkehrsspitzen in den Morgen- und frühen Abendstunden liegen die NOX-Konzentrationen an den verkehrsnahen Messstellen im Schnitt 2 bis 8 mal höher als in der Nacht.Auch an den Stadtmessstellen werden die höchsten Stickoxidkonzentrationen des Tages üblicher-weise zwischen 6 und 10 bzw. 16 und 21 Uhr erfasst.

3.6.2 Ozon

Der Sekundärschadstoff Ozon zeigt einen gänzlich anderen Tagesverlauf als dessen wichtige Vorläu-fersubstanzen NO und NO2 (Abb. 3.22). Unabhängig vom Standort werden im Mittel in den frühen Mor-genstunden die tiefsten Werte des Tages erfasst. Die primären Ursachen für die im allgemeinen relativniedrigen Ozonkonzentrationen während der Nachtstunden sind allerdings sehr unterschiedlich. Wäh-rend die NOX-Emissionen im Nahbereich der Messstellen im Stadtgebiet (Hohe Warte, Laaer Berg undStephansplatz) mit sinkender Sonnenstrahlungsintensität bereits am Nachmittag nicht mehr zu einerBildung, sondern zu einer raschen Ozonzerstörung führen (siehe Kap. 2.2.1.2), wird an der Hügel-messstelle Hermannskogel üblicherweise nur ein schwacher Rückgang beobachtet. An dieser Mess-stelle im Wienerwald stellt mit Sicherheit in erster Linie die trockene Deposition eine Ozonsenke dar,denn die Ozonzerstörung durch NO-Emissionen wirkt sich an der verkehrsfernen Station nur geringfü-gig aus.

Von großer Bedeutung für den Tagesgang der Ozonkonzentration ist neben der Verkehrsnähe auch dieHöhenlage der Messstelle. Während sommerlicher Hochdruckwetterlagen bildet sich in der Nacht häu-fig eine bodennahe Strahlungsinversion aus (siehe Kap. 2.4). Aus dem damit einhergehenden schwa-chen Wind und der drastisch verringerten Durchmischung in der bodennahen Atmosphäre folgt eineAnreicherung von Primärluftschadstoffen (z.B. NO X) in der wenige hundert Meter mächtigen stabil ge-schichteten Luftschicht. Die Hügelmessstelle Hermannskogel (Seehöhe 520 m) befindet sich bei diesenVerhältnissen häufig über der Inversionsobergrenze in der sogenannten Reservoirschicht. Bei der dar-


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gestellten meteorologischen Situation bleiben in dieser höher gelegenen Schicht die während des Ta-ges gebildeten Sekundärschadstoffe (u.a. Ozon) nahezu unverändert bestehen. Die Messstelle Her-mannskogel erfasst dann nachts den Ozongehalt dieser Reservoirschicht. Der daraus resultierendeschwach ausgeprägte Tagesgang der Ozonkonzentration auf hohem Niveau ist auch der Hauptgrundfür die hohe mittlere Ozonbelastung an diesem Standort im Wienerwald. Sie verzeichnet zumeist diehöchsten Tagesmittelwerte Wiens.

Während des Vormittags steigen die Ozonkonzentrationen zumeist sehr rasch an. Dabei kann sehrhäufig beobachtet werden, dass sich die ausgeprägten Konzentrationsunterschiede zwischen denFlachland- bzw. Stadtmessstellen und der Hügelmessstelle innerhalb kurzer Zeit, oft innerhalb 10 bis20 Minuten, ausgleichen. Denn am frühen Vormittag wird mit der rasch zunehmenden Intensität derSonnenstrahlung und der einsetzenden thermischen Hebung und Turbulenz die Bodeninversion suk-zessive angehoben bzw. aufgelöst. Aus Kontinuitätsgründen muss Luft aus höheren Schichten, alsoaus der Reservoirschicht nach unten gemischt werden. Daraus resultieren die oft beobachteten steilenAnstiege sowie die gleichmäßige Verteilung der Ozonkonzentrationen an allen Messstellen am Vormit-tag.

Zu den Mittagsstunden bildet sich dann wieder eine größere Differenz zwischen den Ozonwerten aus.Während an der verkehrsnahen Messstelle Laaer Berg im Mittel die niedrigsten OzonkonzentrationenWiens erfasst werden, treten am Hermannskogel im Mittel auch die höchsten Tagesmaxima auf. Offen-sichtlich führt das reichliche, verkehrsbedingte NO-Angebot an der Messstelle Laaerberg auch währendintensiver Sonnenstrahlung zu reduzierten Ozonwerten. Auch hier zeigt der Sekundärschadstoff Ozonein gänzlich anderes Verhalten als die verschiedenen Primärschadstoffe, welche zumeist im Nahbe-reich der Emittenten die höchsten Konzentrationen aufweisen.

⇒ Im Mittel treten die höchsten Ozonkonzentrationen am Nachmittag auf. Im Großraum Wien werdenhingegen häufig bereits am Vormittag die Tageshöchstwerte der Ozonkonzentration erfasst. Amspäten Nachmittag sinken die Werte im Wienerwald in Folge der trockenen Deposition leicht undkontinuierlich und an den Stadtmessstellen aufgrund der NO-Oxidation rasch. Im Stadtgebiet wer-den schließlich während der Frühverkehrsspitze, welche zu markanten NO-Spitzen führt, die Ta-gesminima der Ozonkonzentration registriert, welche mitunter im Bereich der Nachweisgrenze lie-gen.

3.6.3 Tagesgang der SO2-Konzentration

Der mittlere Konzentrationsverlauf des Schwefeldioxids zeigt einen ausgeprägten Tagesgang. An ver-kehrsnahen Messstellen steigen die Werte bereits in den frühen Morgenstunden rasch an. Dieser An-stieg fällt sowohl an den Stadtmessstellen, die in etwas größerer Entfernung zu stärker befahrenenStraßen liegen, als auch in den Außenbezirken Wiens in wesentlich abgeschwächter Form aus. DasKonzentrationsmaximum des Tages wird üblicherweise um ca. 9:00 Uhr erfasst. Danach fallen dieMesswerte an nahezu allen Standorten kontinuierlich bis in die frühen Abendstunden ab. Lediglich diebesonders verkehrsnah positionierte Messstelle Hietzinger Kai verzeichnet üblicherweise auch amNachmittag konstant hohe SO2-Konzentrationen. Erst nach 18:00 Uhr, wenn das Verkehrsaufkommenkontinuierlich zurückgeht, sinken auch an diesem Standort die Konzentrationen auf das Niveau derübrigen Stadtmessstellen (siehe Abb. 3.23).

Interessant ist die Tatsache, dass bis auf eine Ausnahme (Hietzinger Kai) an allen Messstellen lediglichein Konzentrationsmaximum während des Vormittags erfasst wird. Am späten Nachmittag hingegen -bei u.a. etwa gleichbleibendem Heizbedarf, usw. und einer ähnlich ausgeprägten Verkehrsspitze wie inden Morgenstunden - wird an den Stadt- und Stadtrandmessstellen keine vergleichbare SO2-Belastungsspitze registriert.


49

Um zu klären, inwieweit das starke Verkehrsaufkommen an der Messstelle Hietzinger Kai zu diesenhohen mittleren nachmittäglichen SO2-Konzentrationen führt, wurde eine entsprechende Auswertunggetrennt für Werktage und das Wochenende durchgeführt (siehe Abb. 3.24). Am Wochenende steigendie Schwefeldioxid-Konzentrationen während der Morgenstunden merklich später, und die Spitzen-werte am Vormittag liegen deutlich tiefer als an den Werktagen. Die Tageshöchstwerte werden am Wo-chenende hingegen häufig In den frühen Abendstunden registriert. Hier zeigen sich die Folgen desWochenend-Rückreiseverkehrs auf die Schwefeldioxidbelastung.

Abbildung 3.24

Mittlere Tagesgänge der SO2-Konzentration an der Messstelle Hietzinger Kai an Werktagensowie am Wochenende, HMW der Jahre 1987 - 1998

10

15

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3 6 9 12 15 18 21 24

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³ ]


50

Bezüglich dieser Auswertung darf nicht unerwähnt bleiben, dass die Luftgütemessungen am HietzingerKai auf der stadteinwärts führenden Seite der Hauptstraße durchgeführt werden und aufgrund der grö-ßeren Entfernung (ca. 50 m) zur stadtauswärts führenden Fahrbahn die Messungen den Einfluss desWochenend-Rückreiseverkehr wesentlich stärker wiedergeben. Für eine weitere Auswertung wurdendie Messdaten der Winterhalbjahre 1968-1997 der Messstelle Hohe Warte berücksichtigt, und die mitt-leren Tagesgänge für jeweils ein Jahrzehnt berechnet. In den frühen Jahren der Luftschadstoffmessun-gen in Wien, als noch wesentlich höhere SO2-Immissionen aufgetreten sind, wurden an der städtischenMessstelle Hohe Warte auch in den Abendstunden erhöhte Konzentrationen erfasst. Das Maximumzwischen 19:00 und 21:00 Uhr war vermutlich eine Folge der am Abend erhöhten SO2-Emissionendurch den Hausbrand, denn die Emissionen aus Industrie und Kfz-Verkehr sinken zu dieser Tageszeitbereits deutlich. Dass dieses abendliche Maximum im mittleren Tagesverlauf der Jahre 1988-1997nicht mehr zu beobachten war, und nur mehr an äußerst verkehrsnahen Messstellen registriert wurde(Abb. 3.25), kann folglich als ein Resultat der in den vergangenen 3 Jahrzehnten im Bereich des Haus-brandes deutlich zurückgegangenen SO2-Emissionen gewertet werden (z.B. gesteigerte Fernwärme-nutzung). Aufgrund der Vielzahl möglicher Ursachen und der relative geringen Änderung ist allerdingseine gesicherte Aussage auf Basis dieser Auswertungen nicht möglich.

⇒ Zumeist erreicht die SO2-Belastung am Vormittag ein Tagesmaximum. Am Nachmittag sinken dieKonzentrationen zumeist kontinuierlich ab. Lediglich in unmittelbarer Verkehrsnähe werden aucham Nachmittag SO2-Konzentrationen erfasst, die im Mittel 3 - 4 mal höher liegen als die Werte derNachtstunden (Abb. 3.23).

3.6.3 Kohlenmonoxid und Schwebstaub

Bezüglich der Tagesgänge bei den Kohlenmonoxid- und Staubkonzentrationen ist festzuhalten:

⇒ Wie beim Stickstoffmonoxid zeigt sich auch beim Tagesgang der CO-Konzentration in erster Linieder Einfluss des Straßenverkehrs. Während der Verkehrsspitzen steigen die Werte im Mittel umden Faktor 3 (Hietzinger Kai) an. Zur Tagesmitte liegen die Konzentrationen im Schnitt genau zwi-schen dem Belastungsniveau der Nachtstunden und den Spitzenwerten während der Hauptver-kehrszeit.


51

⇒ Nahezu unabhängig vom Standort liegen die Staubkonzentrationen während des Tages konstantum 30 bis 70 % über der mittleren Belastung während der Nachtstunden. Üblicherweise ist ein ra-scher Anstieg um ca. 6 Uhr und ein stetiges Absinken der Staubbelastung ab ca. 19:00 Uhr zu be-obachten (Abbildung 3.27 – Messstelle Laaerberg).

Die hohen mittleren Staubkonzentrationen während der Morgenstunden an der Messstelle Liesing re-sultieren aus dem regen LKW-Verkehrsaufkommen im Nahbereich der Messstelle zu Tagesbeginn.

Kapitel 4.1 Meteorologische Einflüsse auf die Luftqualität in Wien

52

4 EINFLÜSSE AUF DIE LUFTGÜTE IN WIEN

4.1 Meteorologische Einflüsse auf die Luftqualität in Wien

Auf die große Bedeutung der meteorologischen Verhältnisse für die Schadstoffbelastung in der boden-nahen Atmosphäre wurde bereits in Kapitel 2.3 eingegangen. Im vorliegenden Kapitel werden einigemeteorologische Einflussfaktoren von besonderer Bedeutung für die Schadstoffsituation in Wien explizitherausgearbeitet, wobei neben qualitativen Überlegungen insbesondere quantitative Ergebnisse ange-strebt werden.

4.1.1 Einflüsse auf die Ozonbelastung

Abbildung 4.1 liefert Hinweise zur Bedeutung der Lufttemperatur, Globalstrahlung sowie Windge-schwindigkeit auf die Ozonbelastung (Tageshöchstwerte in den Jahren 1988 - 1998) in Wien. Tages-maxima der Ozonkonzentration von über 160 µg/m³ traten nahezu ausschließlich bei Temperatur-höchstwerten über 20 °C, Globalstrahlungsmaxima von zumindest 600 W/m² sowie Windgeschwindig-keiten von höchstens 5 m/s auf. Diese Verhältnisse, nämlich hohe Lufttemperaturen, geringe Bewöl-kung und folglich intensive Sonneneinstrahlung bei gleichzeitig geringen Windgeschwindigkeiten tretenin Ostösterreich während sommerlicher Hochdruckwetterlagen auf. Währenddessen steigt in Mitteleu-ropa die Ozon-Hintergrundbelastung kontinuierlich an (Kap. 5.1.1) und zusätzlich kommt es im Ein-flussbereich von Ballungszentren zu einer ausgeprägten regionalen Ozonbildung (Kap. 4.3).

Bei Tageshöchstwerten der Lufttemperatur von über 30 °C wurden in Wien stets Ozonkonzentrationenvon 120 µg/m³ erreicht. Zumeist lagen die Ozonwerte dann noch deutlich höher. Wenn andererseits derTemperaturanstieg im Tagesverlauf unter 15 °C blieb, wurden nur niedrige Ozonkonzentrationen vonzumeist deutlich unter 120 µg/m³ registriert. Nahezu ausschließlich an Tagen an welchen die Windstär-ke landesweit unter 5 m/s geblieben ist, wurden Ozonkonzentrationen über 160 µg/m³ erfasst (Abb.4.1 c).

Während die jeweiligen Strömungsverhältnisse bezüglich der Ausbildung von Ozonbelastungsspitzenim Großraum Wien am betreffenden Tag von entscheidender Bedeutung sind (siehe Fallstudie inKap. 4.3), ergeben sich im Mittel über alle Sommerhalbjahre (1990 – 1998) nur geringe Unterschiededer mittleren Ozonbelastung in den Windrichtungsklassen (siehe Abb. 4.1 d).

⇒ Spitzenwerte der Ozonkonzentration wurden in Wien ausnahmslos an Tagen mit intensiver Son-nenstrahlung, hohen Temperaturen und geringer Windgeschwindigkeit erfasst. In der Nacht zuvorhatte sich zumeist eine Strahlungsinversion (siehe Kap. 2.3.1) ausgebildet. Diese Verhältnisse tre-ten in Ostösterreich häufig während sommerlicher Ozonepisoden auf.


53

4.1.2 Meteorologische Einflüsse auf die Schwefeldioxid- und Schwebstaubkonzentrationen

Die meteorologischen Verhältnisse sind auch für die Schwefeldioxid- und Staubbelastung in Wien vongroßer Bedeutung. Die Häufigkeit hoher SO2-Konzentrationen steigt mit abnehmenden Tiefstwerten derLufttemperatur markant an (Abb. 4.2 a). Der mit sinkenden Temperaturen steigende Heizbedarf führt zueinem Ansteigen der SO2-Emissionen insbesondere bei den zahlreichen Kleinverbrauchern, woraus diehöheren Immissionen resultieren.

0%

5%

10%

15%

0-100 100-200 200-300 300-400 400-500 500-600 600-700 700-800 800-900 900-1000

Tageshöchstwert der Globalstrahlung [ W/m² ]

b)

0%

5%

10%

15%

20%

< 0 0-5 5-10 10-15 15-20 20-25 25-30 30-35 > 35

Tageshöchstwert der Lufttemperatur [ °C ]

a)

0%

5%

10%

15%

20%

< 1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 >10

Tageshöchstwert der Windgeschwindigkeit [ m/s ]

> 200 µg/m³

160 - 200 µg/m³

120 - 160 µg/m³ 80 - 120 µg/m³

40 - 80 µg/m³

0 - 40 µg/m³

Abbildung 4.1Häufigkeit des Auftretens von Tageshöchstwerten derOzonkonzentration (HMW) an den Wiener Luftgüte-messstellen (1990 - 1998) in Abhängigkeit von: a) Tageshöchstwert der Lufttemperaturb) Tageshöchstwert der Globalstrahlungc) Tageshöchstwert der Windgeschwindigkeit

c)


54

Beim Schwebstaub sind vor allem die Windverhältnisse und die Temperaturschichtung der Atmosphärevon großem Einfluss. Bei geringen Windgeschwindigkeiten (< 3 m/s) wurden relativ häufig höhereStaubkonzentrationen erfasst (Abb. 4.2 b). Außerdem wurden die Spitzenkonzentrationen fast aus-nahmslos bei Vorhandensein einer Inversion (Temperaturdifferenz in Abb. 4.2 c ist negativ) registriert.

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

< - 6 -6 bis -2 -2 bis 0 0 bis 2 > 2

Tagesminimum der Lufttemperatur [ °C ]

a)SO2

0%

5%

10%

15%

20%

bis 2 > 2 - 3 > 3 - 4 > 4 - 5 > 5 - 6 > 6 - 7 > 7 - 8 > 8 - 9 > 9 - 10 > 10Tageshöchstwert der Windgeschwindigkeit [ m/s ]

b)Staub

0%

5%

10%

15%

20%

25%

< -3 -3 bis -1 -1 bis 0 0 bis 1 1 bis 3 > 3

Temperaturdifferenz [ K ]

> 200 µg/m³ 160 - 200 µg/m³ 120 - 160 µg/m³ 80 - 120 µg/m³

40 - 80 µg/m³ 0 - 40 µg/m³

Abbildung 4.2

Häufigkeit des Auftretens von Tageshöchstwerten derStaub- bzw. SO2-Konzentration (HMW) an den Wiener Luftgütemessstellen in Abhängigkeit von:a) Tagesminimum der Lufttemperatur (Hermannskogel)b) Tageshöchstwert der Windgeschwindigkeit (AKH-D.)c) vertikale Temperaturschichtung (Minimum der T- differenz Klosterneuburg - Hermannskogel zw. 10 und 18 Uhr

c)Staub


55

⇒ Windschwache Inversionswetterlagen begünstigen die Anreicherung der Stadtatmosphäre mit Luft-schadstoffen. Bei diesen Verhältnissen treten in Wien hohe Staubbelastungen auf.

Die Rollsplitt-Streuung zur Gewährleistung der Straßenbenutzbarkeit führt einige Tage nach Schnee-fällen zu einem Ansteigen der Staubkonzentrationen (Abb. 4.3). Nach den Schneefällen (bzw. nachTagen mit Glatteisbildung) sind die Straßen nass und es kommt zunächst kaum zu einer zusätzlichenStaubentwicklung durch das Streugut. Das vom Kfz-Verkehr zunehmend zerriebene Streumaterial undder von den Fahrzeugen aufgewirbelte Feinstaub führt schließlich nach Auftrocknen der Fahrbahnenzumeist einige Tage später zu einem Anstieg der Staubbelastung in Wien, im Schnitt um 40 %. Mit derzunehmenden Verlagerung des Rollsplitts an den Fahrbahnrand bzw. die Entfernung im Zuge vonStraßenkehrungen sinken die Staubkonzentrationen schließlich wieder ab.

Bei Untersuchung der Schadstoffvorbelastung und der Ausbildung einer Abgasfahne auf der windab-gewandten Seite der Stadt muss den jeweiligen Windverhältnissen eine besondere Aufmerksameitgeschenkt werden. Schwierigkeiten bei der Interpretation bereiten dabei lokale Einflüsse auf die Wind-richtungsmessungen, die mitunter ein falsches Bild vermitteln. Deshalb wurden für die vorliegendenUntersuchungen die Windmessungen aller geeigneten Luftgütemessstellen (Wien und Niederöster-reich) im Großraum Wien herangezogen und aus all diesen Daten die jeweils häufigste Windrichtungermittelt (Halbstundenmittelwerte). Mit Hilfe dieser einflußbereinigten Windrichtungen wurden schließ-lich Luftschadstoffrosen für alle Messstellen berechnet.

Erläuterungen zu den Schadstoffrosen:

80

100

120

140

-5 -3 -1 1 3 5 7 9 11 13Anzahl Tage vor nach einem Tag mit Schneefall in Wien

mittlere Staubbelastung in Wien

Schneefall

mit

tl. S

tau

bb

elas

tun

g in

Wie

n

[ µ

g/m

³ ]

Abbildung 4.3Zeitliche Entwicklung des mittleren Tageshöchstwertes der Staubbelastung (HMW) in Wien nach Schneefällen (mittlere Neuschneehöhe = 6 cm, Hohe Warte), 1988 - 1998


56

Abbildung 4.4

Mittlere Häufigkeit von SO2-Konzentrationen in Abhängigkeit von der Windrichtung im Stadt-gebiet von Wien, Halbstundenmittelwerte der Jahre 1988 - 1997

Nahezu alle Luftgütemessstellen in Wien erfassen mit Abstand am häufigsten bei nördlichen bis östli-chen Windrichtungen, die allerdings nur sehr selten zu beobachten sind, höhere SO2-Konzentrationen(Abb. 4.4). Diese Übereinstimmung ist ein deutlicher Hinweis, dass die Schwefeldioxid-Immissionen imStadtgebiet von Wien keinesfalls nur hausgemacht sind. Offensichtlich sind Luftmassen aus dem Nor-den bzw. Osten im Mittel deutlich stärker mit Schwefeldioxid vorbelastet. Bei Strömungslagen mit west-licher oder südlicher Windrichtung ist die SO2-Vorbelastung deutlich geringer. Der regionale Beitrag vonWien zur SO2-Immissionssituation im Stadtgebiet ist aufgrund dieser ausgeprägten Richtungsabhän-gigkeit vermutlich relativ gering.

⇒ Winterliche Belastungsepisoden mit hohen SO2-Konzentrationen im Stadtgebiet von Wien waren inden vergangenen Jahren in erster Linie das Resultat des Zustroms hoch vorbelasteter Luftmassenaus dem benachbarten nördlichen und östlichen Ausland.

Gänzlich anders ist die Situation bei der mittleren Staubbelastung in Wien. Die in Abbildung 4.5 darge-stellten Schadstoffrosen weisen auf nahezu keinerlei Windrichtungsabhängigkeit der Staubimmissionenhin. Lediglich bei West- bis Nordwind verzeichnet der Großteil der Messstellen eine etwas geringereHäufigkeit höherer Konzentrationen. Diese reduzierte mittlere Staubbelastung dürfte hauptsächlich eineFolge der im Mittel deutlich höheren Windgeschwindigkeiten bei westlichen Windrichtungen sein, dieeine Anreicherung von Schwebstaub in der Stadtatmosphäre durch die kräftigere Durchmischung ver-hindern (siehe auch Abb. 4.2).


57

⇒ Mit zunehmender Windstärke sinkt in Wien die mittlere Staubbelastung infolge der besserenDurchmischung der Stadtatmosphäre ab. Die Staubimmissionen zeigen kaum eine Abhängigkeitvon der Windrichtung.

Abbildung 4.5

Mittlere Häufigkeit von Staubkonzentrationen in Abhängigkeit von der Windrichtung im Wiener-Stadtgebiet, Halbstundenmittelwerte der Jahre 1988 – 1997

4.1.3 Stickstoffdioxid

Die NO2-Schadstoffrosen zeigen große Unterschiede bezüglich der mittleren Belastung an den einzel-nen Standorten des Wiener Luftgütemessnetzes. Deshalb wurden unterschiedliche Skalierungen(Kreisradius entspricht 100, 60 oder 20 % Überschreitungshäufigkeit) zur übersichtlichen Darstellungeingeführt (Abb. 4.6).Ein Großteil der Messstellen verzeichnete bei westlicher bis nördlicher Anströmung nur selten hoheNO2-Konzentrationen. West- bis Nordwestwinde verzeichnen im Mittel die höchsten Windgeschwindig-keiten und daher eine gute Durchmischung der Stadtatmosphäre. Daraus resultieren relativ geringeStickstoffdioxidkonzentrationen. Auch bei südöstlichen Windrichtungen verzeichnete ein Großteil derMessstellen relativ selten hohe NO2-Konzentrationen. Auch aus diesem Sektor werden im Mittel höhereWindgeschwindigkeiten erfasst.Die Schadstoffrosen an den Stadtrandmessstellen Hermannskogel im Nordwesten sowie Lobau imSüdosten der Stadt zeigen recht deutlich, dass an diesen Standorten fast ausschließlich nur bei An-strömung aus dem Stadtgebiet Wiens Konzentrationen von über 40 µg/m³ erfasst werden. An der


58

Messstelle in der Lobau besteht zusätzlich ein Einfluss durch die nahegelegene Raffinerie inSchwechat.

⇒ Wenn sich die Stadtrandmessstellen in der Abgasfahne Wiens befinden, werden häufig erhöhteNO2-Konzentrationen erfasst. Im Gegensatz dazu werden beim NO aufgrund der relativ geringenLebensdauer in der Atmosphäre, seltener vergleichbare Konzentrationsanstiege im Einflussbereichder Stadt erfasst.

Abbildung 4.6Mittlere Häufigkeit von NO2-Konzentrationen in Abhängigkeit von der Windrichtung im Stadt-gebiet von Wien, Halbstundenmittelwerte der Jahre 1988 - 1997

Kapitel 4.2 Analyse einer Ozonepisode

59

4.2 Analyse einer Ozonepisode vom 7. August 1992

Spitzenbelastungen der Ozonkonzentration traten in den vergangenen Jahren im Ozonüber-wachungsgebiet 1 (Wien, Niederösterreich und nördliches Burgenland) stets während sommerlicherHochdruckwetterlagen auf (Kap. 4.1.1). Charakteristische meteorologische und luftchemische Rahmen-bedingungen werden im Folgenden anhand einer Ozonepisode im August 1992 vorgestellt. Am7.8.1992 wurden bei östlicher Windrichtung die höchsten Ozonkonzentrationen Nordostösterreichs inder Abgasfahne von Wien bzw. Bratislava beobachtet. In Folge regionaler Ozonbildung hatte sich imBallungsraum Wien eine Luftmasse besonders hoher Ozonkonzentrationen ausgebildet (regionaleOzonbildung; Schmittner, 1997a). Im Tagesverlauf resultierte aus dem beständigen Ostwind eineSchadstoffverlagerung nach Westen (Ozontransport). Anhand der vorliegenden Fallstudie zeigt sichexemplarisch die große Bedeutung der mitunter grenzüberschreitenden Schadstoffdynamik, weswegenu.a. der Ozonproblematik in Nordostösterreich eine besondere Bedeutung zukommt.

4.2.1 Zeitliche Entwicklung der Ozonkonzentrationen

Im nördlichen Weinviertel und südlichen Wiener Becken zeigte der Tagesverlauf der Ozonkonzentrationam 7.8.1992 keine Besonderheiten. Die dort gelegenen Messstellen Mistelbach, Wiesmath und WienerNeustadt haben also die großräumige Ozonbelastung erfasst, welche unbeeinflusst durch regional ge-bildetes Ozon auch als Hintergrundbelastung (Abb. 4.7) bezeichnet wird („Hintergrundmessstellen“).Die Höchstwerte wurden charakteristisch für einen Sommertag zu den Mittagsstunden bzw. am frühenNachmittag erreicht und lagen bei 170 µg/m³.

Im Großraum Wien sowie westlich der Bundeshauptstadt traten hingegen Spitzenwerte auf, die jeweilsfür einige Stunden deutlich über dem Grenzwert der Vorwarnstufe gemäß Ozongesetz (200 µg/m³)gelegen sind. Bemerkenswert ist dabei die zeitliche Entwicklung. Bereits am Vormittag traten ersteOzonspitzen im Großraum Wien auf (Schmittner, 1997b). Im weiteren Tagesverlauf wurden bei östli-cher Windrichtung im Lee der Großstadt die höchsten Ozonkonzentrationen Österreichs registriert. Diejeweiligen Spitzenwerte wurden mit zunehmender Entfernung von Wien kontinuierlich später beobach-tet. Das ist ein starker Hinweis auf die Verlagerung ozonreicher Luftmassen, bei gleichzeitig schwacherregionaler Ozonbildung im westlichen Niederösterreich.

Abbildung 4.7Zeitliche Entwicklung der Ozonkonzentrationen an ausgewählten Messstellen in Nordostöst-österreich am 7. August 1992

100

150

200

250

300

350

9 12 15 18 21 24Zeit

Ozo

nko

nze

ntr

atio

n

[ µg

/m³

]

Streithofen (34)

St. Pölten (55) St. Leonhard (112)

Ostrong(97) Amstetten (111)

Nebelstein (127)

Ozonanstieg in: (Entfernung zu Wien in km)

Hintergrundbelastung

7. August 1992


60

Der zeitliche Verlauf der Ozonspitzen lässt auf einen Ursprung der ozonreichen Luftmassen im Ein-flussbereich der Ballungszentren Bratislava und Wien schließen. Dort kam es offensichtlich zu einerdeutlichen regionalen Ozonbildung. In den Abgasfahnen konnte schließlich die Verlagerung einer be-sonders ozonreichen Luftmasse beobachtet werden. Mit dessen "Ankunft" stiegen die Ozonwerte imWesten Niederösterreichs sogar in den Abendstunden noch deutlich an. Der regionale Beitrag zurOzonbelastung, verursacht durch die Emissionen in den Großstädten Wien und Bratislava, lag an die-sem Tag bei ungefähr 100 µg/m³. In Verbindung mit der hohen Hintergrundbelastung von ca. 170 µg/m³wurden an insgesamt 16 Messstellen Halbstundenmittelwerte von über 200 µg/m³ (max. 284 µg/m³)registriert.

⇒ Spitzenwerte der Ozonkonzentration treten in Nordostösterreich nur relativ selten großflächig auf.Häufig treten die Tageshöchstwerte zunächst im Stadtgebiet oder am Stadtrand von Wien auf, undim weiteren Tagesverlauf registrieren Messstellen in zunehmend größerer Entfernung zum Bal-lungsraum hohe Ozonkonzentrationen.

4.2.2 Vorläufersubstanzen (NO2)

Ozon ist ein Sekundärschadstoff und wird hauptsächlich aus den Stickoxiden NO und NO2 gebildet,wobei flüchtige organische Verbindungen als Katalysatorsubstanzen zu einer Vielzahl von fotochemi-schen Reaktionen führen. Von diesen Ozon-Vorläufersubstanzen werden lediglich die Stickoxide routi-nemäßig und flächendeckend erfasst.

Nachdem das Stickstoffmonoxid, welches hauptsächlich vom Kfz-Verkehr emittiert wird, sehr rasch zuNO2 oxidiert, ist das Stickstoffdioxid die einzige Vorläufersubstanz, die zur Analyse der flächenhaftenPrimärschadstoffverteilung herangezogen werden kann.


61

Am Vormittag des 7.8.1992 wurden im Großraum Wien hohe NO2-Konzentrationen erfasst (Abb. 4.8).Auffallend waren die deutlichen Belastungsspitzen an den Messstellen östlich der Bundeshauptstadt,welche bei östlicher Windrichtung einen Hinweis für einen Schadstofftransport aus dem BallungsraumBratislava liefern, wenn auch die Spitzenwerte in Hainburg nur relativ gering ausgefallen sind. Vermut-lich haben sich an diesem Tag die Abgasfahnen von Bratislava und Wien überlagert. Resultierend ausder hohen Belastung der Luft mit Vorläufersubstanzen wurde in weiterer Folge bei starker Sonnenein-strahlung, hohen Lufttemperaturen und relativ schwachem Wind bereits am Vormittag beginnend Ozonregional gebildet und bei mäßigem Ostwind nach Westen verlagert.

⇒ Eine intensive regionale Ozonbildung in Nordostösterreich kann während sommerlicher Ozonepi-soden zumeist in der Abgasfahne von Wien und Bratislava, bei zunächst relativ hohen Konzentra-tionen der Vorläufersubstanzen, beobachtet werden.

4.2.3 Die meteorologischen Verhältnisse

Während im Osten Niederösterreichs sowie im Zentralraum bei ganztägig wolkenlosem, sommerlichenHochdruckwetter Lufttemperaturen deutlich über 30 °C registriert wurden, setzte im Alpenvorland sowieWaldviertel nachmittags unbedeutende Cumulusbildung ein. Trotz der "Schönwetterbewölkung" stiegdie Lufttemperatur auch im Bergland knapp bis zur 30 °C Marke.

In den Morgenstunden des 7.8. wurde an einigen Messstellen noch NW-Wind erfasst. Tagsüberherrschten in Niederösterreich östliche Windrichtungen vor. Die Windgeschwindigkeiten lagen zumeistunter 4 m/s. In der Nacht zum 7.8.1992 bildete sich in weiten Teilen Niederösterreichs eine Strah-lungsinversion aus (siehe Kap. 2.3), die sich am frühen Vormittag des 7.8. auflöste.

4.2.4 Regionale Ozonbildung und Verlagerung

Im Großraum Wien wurde die bodennahe Atmosphäre bereits in den Nachtstunden und verstärkt wäh-rend der Frühverkehrsspitze mit Luftschadstoffen angereichert. Am Vormittag führte der zusätzlicheSchadstoffimport aus dem Raum Bratislava zu einer hohen Primärschadstoffbelastung der WienerStadtluft. Während der Auflösung bzw. Anhebung der nächtlichen Inversion am frühen Vormittag wurdeozonreiche Luft aus der sogenannten Reservoirschicht in die bodennahe Luftschicht gemischt. Aus dergleichzeitig zunehmend intensiveren Sonnenstrahlung sowie den rasch ansteigenden Lufttemperaturenund der folglich zunehmenden fotochemischen Aktivität resultierten bereits am Vormittag Spitzenwerteder Ozonkonzentration von knapp über 200 µg/m³ (Messstelle Laaerberg im Süden von Wien).

In weiterer Folge wurde diese größtenteils über dem Stadtgebiet von Wien gelegene Luftmasse höch-ster Ozonbelastung bei mäßigem jedoch beständigem Ostwind nach Westen, ins Lee der Großstadtverlagert. Mit der Ankunft dieser Ozonwolke an der westlich der Stadt gelegenen FreilandmessstelleStreithofen stiegen die Ozonwerte innerhalb von 90 Minuten um nahezu 100 µg/m³ an. Diesen mar-kanten Anstieg verzeichneten im weiteren Tagesverlauf in zunehmend größerer Entfernung zu Wienu.a. die Messstellen St. Pölten, Ostrong und schließlich die Hintergrundmessstelle Nebelstein (Abb.4.7). Letztere erst um 20 Uhr, also zu einer Tageszeit, zu welcher die fotochemische Ozonbildung mitSicherheit vernachlässigbar ist. Dieser Anstieg sowie die anschließende ca. 3 Stunden andauerndeOzonspitze war folglich das Resultat des Zustroms ozonreicher Luft, welche 14 Stunden zuvor imGroßraum Wien mit Vorläufersubstanzen angereichert worden war und sich während des Tages, mitt-lerweile als "Ozonwolke", nach Westen verlagerte.

Die flächenhafte Ozonverteilung in Niederösterreich und Wien wurde zur übersichtlichen Darstellung fürverschiedene Tageszeiten berechnet1. Abgesehen von den zum Teil fragwürdigen Ozonkonzentratio-nen

1 Interpolation der Halbstundenmittelwerte aller verfügbaren Ozonmessstellen Nordostösterreichs


62

Abbildung 4.9

Zeitliche Entwicklung der Ozon-Konzentrationsverteilung in Wien und Niederösterreich am 7.8.1992

7. August 1992

Kapitel 4.3 Analyse aller Ozonepisoden im Großraum Wien

63

nen, die für Gebiete mit besonders geringer Messstellendichte berechnet wurden, bietet Abbildung 4.9einen Überblick über die interessante und regelmäßig anzutreffende zeitliche Entwicklung der Ozon-belastung in Nordostösterreich während sommerlicher Schönwettertage.

⇒ Spitzenbelastungen der Ozonkonzentration in Nordostösterreich sind üblicherweise auf wenigeMessstellen bzw. einzelne Regionen sowie auf einige Stunden des Tages beschränkt.

4.3 Folgerungen aus der Analyse aller Ozonepisoden im Großraum Wien

Während die Einzelfallstudie in Kapitel 4.2 die Interpretation eines typischen Ablaufmusters zur Ausbil-dung von Spitzenbelastungen der Ozonkonzentration in Nordostösterreich beinhaltet hat, sollen im fol-genden die Ergebnisse entsprechender Analysen von insgesamt 115 Tagen mit Höchstwerten derOzonkonzentration ≥ 200 µg/m³ (Halbstundenmittelwert) zusammengefasst werden (Untersuchungs-zeitraum 1990 - 1998). Anhand dieser Fallstudien wurden Möglichkeiten zur Erfassung der Hinter-grundbelastung sowie zur Abschätzung des regionalen Ozonbildungspotentials untersucht. Die Mes-sungen aller Ozonmessstellen Nordostösterreichs wurden herangezogen. Vertiefende Analysen folgenin den Kapiteln 5.1 und 5.2.

4.3.1 Ergebnisse

⇒ An den analysierten Ozon-Episodentagen herrschten fast ausnahmslos sommerliche Schönwetter-verhältnisse mit geringer Bewölkung, Tageshöchstwerten der Lufttemperatur von über 25 °C sowiegeringen Windgeschwindigkeiten von zumeist 1 bis 5 m/s.

⇒ Häufig traten die höchsten Ozonkonzentrationen in den Abgasfahnen von Wien und Bratislava auf.Mitunter wurden auch in der Abgasfahne von Linz erhöhte Ozonkonzentrationen erfasst. Betroffenwaren zumeist einzelne Regionen Niederösterreichs, d.h. bei östlicher Windrichtung das Alpenvor-land und das Waldviertel, bei südöstlicher bis südlicher Windrichtung das Weinviertel, bei westlicherWindrichtung das östliche Weinviertel bzw. nördliche Wr. Becken und bei westlicher bis nördlicherWindrichtung das Wr. Becken sowie das Alpenvorland. Häufig wurden Belastungsspitzen aus-schließlich im Großraum Wien erfasst.

⇒ Überschreitungen der Grenzwerte für die Vorwarnstufe gemäß Ozongesetz sind von relativ kurzerDauer. Zumeist wird der Grenzwert von 200 µg/m³ nur für wenige Halbstundenmittelwerte über-schritten, wobei diese Ozonspitzen an den betroffenen Messstellen häufig nicht zur gleichen Ta-geszeit auftreten und erste Belastungsspitzen zumeist bereits am Vormittag registriert werden.

⇒ Die Vorwarnstufe ist naturgemäß länger ausgelöst als eine Überschreitung des entsprechendenGrenzwertes gegeben ist, da seitens der Messnetzbetreiber üblicherweise erst nach einiger Zeitweitere Überschreitungen ausgeschlossen werden können

⇒ Von entscheidender Bedeutung für die während Ozonepisoden häufig zu beobachtende Ver-lagerung von Luftmassen besonders hoher Ozonkonzentrationen („Ozonwolken“, Kap. 4.2), sinddie Windverhältnisse. Bei drehendem Wind werden üblicherweise die Ozon-SpitzenbelastungenÖsterreichs im Großraum Wien registriert. Bei gleichbleibenden Windverhältnissen werden dieseLuftmassen von den Großstädten ausgehend ins Lee der Ballungszentren verlagert.

⇒ Bemerkenswert sind die raschen Anstiege von einigen µg/m³ pro Minute, die mitunter an den Luft-gütemessstellen registriert werden, wenn eine Luftmasse mit hohen Ozonkonzentrationen über dieMessstelle verlagert wird. Auch der Rückgang der Ozonkonzentrationen nach einer Belastungsspit-ze erfolgt häufig innerhalb sehr kurzer Zeit.

⇒ Die Emissionen von Ozon-Vorläufersubstanzen in der slowakischen Großstadt Bratislava, ca.50 km östlich von Wien, dürften bei östlicher Windrichtung von relativ großer Bedeutung für die re-


64

gionale Ozonbildung in Niederösterreich bzw. Wien sein. Offensichtlich kommt es mitunter zu einerÜberlagerung der Abgasfahnen der Ballungszentren Wien und Bratislava. Die resultierenden hohenKonzentrationen an Ozon-Präkursoren führen während sommerlicher Ozonepisoden mit östlichenWindrichtungen häufig zu hohen Ozonbelastungen in Nordostösterreich. Insbesondere bezüglichdes Einflusses von Bratislava auf die Ozonsituation im Großraum Wien sind weitere Untersuchun-gen erforderlich. Aufgrund der geringen Anzahl von Ozonmessstellen östlich von Wien wäre die Be-rücksichtigung von Messwerten slowakischer Messstellen erforderlich.

⇒ Die Hintergrundbelastung zeigte keine deutliche Abhängigkeit von der Strömungssituation und lagan den eingehend analysierten Episodentagen zwischen 120 und 180 µg/m³ (zumeist 140 bis170 µg/m³).

⇒ Die Differenz zwischen dem Höchstwert der Ozonkonzentration und der Hintergrundbelastung desTages stellt jeweils den maximalen, durch Messungen erfassten regionalen Ozonbeitrag dar. Ver-gleichbare Auswertungen auf Basis von Dreistundenmittelwerten ergaben einen im Mittel etwas ge-ringeren regionalen Ozonbeitrag (Kap. 5.2).

4.3.2 Abschätzungen zum Ozonbildungspotential im Großraum Wien

Die Differenz zwischen den Spitzenwerten der Ozonkonzentration eines Tages und der Hintergrund-belastung bzw. Ozon-Vorbelastung liefert Hinweise zum regionalen Ozonbildungspotential in Nordost-österreich. Eine Häufigkeitsauszählung – zunächst auf Basis der Halbstundenmittelwerte - der im Zugeder Fallstudien ermittelten regionalen Ozonbeiträge zeigte, dass Konzentrationserhöhungen zwischen50 und 100 µg/m³ mit Abstand am häufigsten zu beobachten waren. Nur in seltenen Fällen wurdenregionale Beiträge von über 100 µg/m³ erfasst. Während der ausgewerteten Episodentage lag der Be-trag des in Wien und / oder Niederösterreich gebildeten Ozons selten unter 50 µg/m³. Bei einer durch-schnittlichen Hintergrundbelastung von 140 µg/m³ wurde die Vorwarnstufe gemäß Ozongesetz folglichausschließlich in Folge regionaler Ozonbildung in Wien und Niederösterreich überschritten.

4.3.3 Wochentagsabhängigkeit der Ozonbelastung in Nordostösterreich

Um zu beurteilen, ob die reduzierten Schadstoffemissionen am Wochenende (siehe Kap. 2.1.2 sowie3.5.1) die mittlere Ozonbelastung in Nordostösterreich beeinflussen oder zu abgeschwächten Spitzen-werten der Ozonkonzentration führen, wurden die 115 Episodentage auch bezüglich dieser Fragestel-lung ausgewertet. Abbildung 4.10 enthält eine Häufigkeitsauszählung von Tagen, welche innerhalb desBetrachtungszeitraumes (1990-1997) einen Tageshöchstwert der Ozonkonzentration von ≥ 200 µg/m³aufgewiesen haben (gesamtes Messnetz in Nordostösterreich).

Während an den Werktagen jeweils an 17 bis 20 Tagen Tageshöchstwerte der Ozonkonzentration von≥ 200 µg/m³ registriert wurden, nimmt die Anzahl solcher Tage am Wochenende merklich ab. Die An-zahl an Fallstudien war allerdings mit Sicherheit zu gering, um hier ein wissenschaftlich abgesichertesErgebnis zu erhalten.

Interessant ist der mittlere Wochenverlauf der jeweiligen Ozon-Hintergrundbelastung. Es zeigt sich na-hezu keinerlei Trend. Unabhängig vom Wochentag lag die großräumige Vorbelastung im Mittel bei170 µg/m³, ein Wert, welcher der mitteleuropäischen Hintergrundbelastung während sommerlicherOzonepisoden entspricht. Der leichte Ozonanstieg an den Sonntagen ist vermutlich die Folge der all-gemein deutlich verringerten NO-Emissionen am Wochenende. Denn bei der Ermittlung der Hinter-grundbelastung wurden aufgrund der relativ geringen Anzahl an Hintergrundmessstellen auch stadtna-he Messstellen einbezogen, welche am betreffenden Tag zwar keinen deutlichen Stadteinfluss gezeigthaben, allerdings nicht vollständig frei von diesem sind.


65

Regionale Ozonbildung

Die Differenz aus dem Höchstwert der Ozonkonzentration und der Hintergrundbelastung des Tagesstellt jeweils die maximale, durch Messungen erfassbare regionale Ozonbildung dar. An den Werktagenlag dieser Wert zwischen 70 und 80 µg/m³, an den Sonntagen hingegen im Mittel unter 60 µg/m³. Die-ses Absinken ist gemeinsam mit der Tatsache, dass der maximale regionale Beitrag zur Ozonbelastung(Höchstwert) an Sonntagen deutlich unter 100 µg/m³ und an den Werktagen jeweils deutlich über die-sem Wert lag (Dreiecke in Abbildung 4.10), ein Hinweis, dass emissionsmindernde Maßnahmen imAusmaß der Verkehrsabnahme am Wochenende und der gleichzeitig reduzierten Emissionen der Indu-strie, etc. sich auf die Ozonbelastung nachweislich auswirken. Um die Intensität von Ozon-Spitzenbelastungen gezielt abzuschwächen, müssten die emissionsmindernden Maßnahmen allerdingsbereits am Vortag verordnet werden, da jede Verminderung der Ozonkonzentrationen erst mit einerVerzögerung von etwa einem Tag zu erwarten ist. Denn Samstage verhalten sich bezüglich der Ozon-Spitzenbelastungen sehr ähnlich zu Werktagen, erst an den Sonntagen kommt es offensichtlich zu ei-ner Verringerung des regionalen Ozonbildungspotentials in Nordostösterreich. Diese Erkenntnis stehtim wesentlichen im Einklang mit den Ergebnissen früherer Studien (Baumann et al. (1996), Stohl undKromp - Kolb (1994), Pannonisches Ozon-Projekt (1997)), basiert hingegen nicht auf Schätzungen bzw.Modellrechnungen, sondern auf den Datenauswertungen des vorliegenden Berichts.

0

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Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag

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n [

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Anzahl Tage mit Ozon > 200 µg/m³ mittlerer regionaler Ozonbeitrag Höchstwert regionaler Beitrag Hintergrundbelastung (Tagesmax.) Summe Hintergrund + reg. Beitrag

Ozonepisoden in Wien & Niederösterreich(Anzahl Tage = 115; HMW der Jahre 1990 - 1997)Abschätzungen zum regional gebildeten OzonAbhängigkeit vom Wochentag

Abbildung 4.10

Kapitel 4.4 Winterliche Belastungsepisode

66

4.4 Analyse einer winterlichen Belastungsepisode vom 26. November bis 1. Dezember 1993

Bereits die Auswertungen in Kap. 4.1 haben gezeigt, dass winterliche Belastungsepisoden in Wien kei-neswegs nur hausgemacht sind. Luftschadstoffe, die aufgrund einer geringen chemischen Reaktivitätbzw. geringen Depositionsrate eine lange Lebensdauer in der Atmosphäre besitzen (siehe Kap. 2.2.3),können entsprechend den Windverhältnissen über größere Entfernungen verfrachtet werden. Schwe-feldioxid-Emissionen in den Nachbarstaaten Österreichs können sich auf die Immissionssituation imStadtgebiet von Wien entscheidend auswirken. Eine Episode im Spätherbst 1993, während der in Wiendie höchsten SO2-Immissionen der vergangenen Jahre registriert wurden, soll diese Problematik be-leuchten, wobei die Luftgütemessungen in Niederösterreich wertvolle Hinweise liefern konnten.

4.4.1 Zeitliche Entwicklung der Immissionssituation

An den ersten Tagen der Schadstoffepisode wurden bei mäßigem Südostwind in Hainburg, ca. 45 kmöstlich von Wien, wiederholt markante SO2-Belastungsspitzen erfasst (Abb. 4.11). Vermutlich gelangtenaus dem Ballungsraum Bratislava relativ stark mit Schwefeldioxid vorbelastete Luftmassen nach Öster-reich. Darüberhinaus wurden zu Beginn der Episode im gesamten Weinviertel deutlich höhere SO2-Konzentrationen erfasst als an sämtlichen Wiener Messstellen. Am Nachmittag des 28.11. kam es zueiner Winddrehung auf Nord. Umgehend stiegen zunächst die SO2-Konzentrationen an den nördlichenund schließlich an den südlichen Messstellen des Waldviertels an. Auch in dieser Region Nordostöster-reichs führte offensichtlich der Schadstoffimport von Luftmassen, die vermutlich über Polen und Tsche-chien stark mit Luftschadstoffen angereichert worden sind, zu markant erhöhten SO2-Immissionen.Schließlich erfolgte mit einer Winddrehung auf Nordwest (29. bis 30.11.1993) in weiten Teilen Nieder-österreichs ein kontinuierlicher Anstieg der Konzentrationen und schließlich im Stadtgebiet von Wien(Abb. 4.11). Mit der Drehung des gleichzeitig auffrischenden Windes auf Südost in der Nacht vom30.11. zum 1.12. sanken die SO2-Konzentrationen, infolge des Zustroms nur schwach vorbelasteterLuftmassen sowie der verstärkten Durchmischung der bodennahen Atmosphäre, in Nordostösterreichrasch wieder ab.

⇒ Bei Zustrom von Luftmassen aus dem benachbarten Ausland steigen die SO2-Konzentrationen inNordostösterreich mitunter um ein Vielfaches an. Selbst an den verkehrsexponierten Messstellenim Stadtgebiet von Wien werden mitunter deutlich geringere SO2-Immissionen erfasst als bei ent-sprechenden Strömungslagen an den grenznahen Messstellen in Niederösterreich.

4.4.2 Schadstoffimport

Zu Beginn der Episode lagen die SO2-Konzentrationen in Nordostösterreich im Bereich von 30 bis100 µg/m³. Bis zum Nachmittag des 28.11. wurden ausschließlich an der Luftgütemessstelle in Hain-burg deutlich höhere Konzentrationen erfasst. Mit der Winddrehung auf zunächst Nord und schließlichNordwest führte der über 2 Tage andauernde Schadstoffimport aus dem benachbarten Ausland zu ei-nem kontinuierlichen Anstieg der SO2-Belastung in Nordostösterreich, wobei das nördliche Waldviertelsowie das Weinviertel am stärksten betroffen waren. Über viele Stunden hinweg wurden Konzentratio-nen deutlich über dem Immissionschutz-Grenzwert von 200 µg/m³ registriert. Gemittelt über diese Epi-sode war die SO2-Belstung im Weinviertel wesentlich höher als im Stadtgebiet von Wien (Abb. 4.12).Wie bereits zu Beginn dieses Kapitels erwähnt, ist die Schwefeldioxidbelastung während winterlicherBelastungsepisoden keineswegs nur ein Resultat der Wiener Emissionen. Vielmehr ist die Vorbela-stung der nach Österreich und in weiterer Folge nach Wien gelangenden Luftmassen von großer Be-deutung.

⇒ Bereits relativ geringfügige Schwankungen der Windrichtung können sich entscheidend auf dietatsächlichen Auswirkungen des Schadstoffimports aus dem benachbarten Ausland auf die Immis-sionssituation in Wien auswirken.


67

Die flächenhafte SO2-Konzentrationsverteilung in Nordostösterreich wurde zur übersichtlichen Darstel-lung für verschiedene Tageszeiten berechnet1. Abbildung 4.13 bietet einen Überblick über die interes-sante und regelmäßig anzutreffende zeitliche Entwicklung der SO2-Belastung in Nordostösterreich wäh-rend Strömungslagen, die einen Zustrom relativ stark vorbelasteter Luftmassen mit sich bringen.

1 Interpolation der Halbstundenmittelwerte aller verfügbaren SO2-Messstellen Nordostösterreichs


68

Abbildung 4.13Zeitliche Entwicklung der Schwefeldioxid-Konzentrationen in Niederösterreich und Wien vom 26.11.bis 1.12.1993

Kapitel 4.5 Schadstoffimport

69

4.5 Schadstoffimport aus dem benachbarten Ausland

In Anbetracht der Fallstudie im vorangegangenen Kapitel stellt sich die Frage, wie häufig der Schad-stoffimport aus dem benachbarten Ausland zu merklich erhöhten SO2-Konzentrationen im Stadtgebietvon Wien führt. Zur Beantwortung dieser Fragestellung wurden die Schadstoffmessungen in Nordost-österreich an insgesamt 71 Tage mit erhöhten Schwefeldioxidkonzentrationen im Stadtgebiet von Wienentsprechend ausgewertet. Hinweise für die jeweilige Schadstoffvorbelastung lieferten die Messungenan den Luftgütemessstellen Niederösterreichs in der Grenznähe zu den Nachbarländern Tschechienund Slowakei.

Zuvor noch eine Auswertung zur Windrichtungsabhängigkeit der Schwefeldioxidbelastung in Nordost-österreich (Abb. 4.14). Unter Berücksichtigung aller Messwerte der Jahre 1988 bis 1997 zeigt sich,dass bei nördlicher bis südöstlicher Anströmung relativ häufig höhere SO2-Konzentrationen in weitenTeilen des Wald- und Weinviertels bzw. im Großraum Wien sowie im nördlichen Wr. Becken erfaßtwerden. Bei Windrichtungen aus Süd bis West, also Zustrom von Luftmassen die aus dem Alpenraumnach Niederösterreich gelangen, werden hingegen nur äußerst selten Konzentrationen über 40 µg/m³erfaßt.. Die Ablaufmuster, die im Zuge der einschlägigen Fallstudie in Kap. 4.4 herausgearbeitet wur-den, führen offensichtlich mehr oder weniger regelmäßig zu einer erhöhten SO2-Belastung im Stadtge-biet von Wien in Folge des Schadstoffimports nach Nordostösterreich.

Abbildung 4.14

Überschreitungshäufigkeiten von SO 2 - Konzentrationen über 40 µg/m³ bei Anströmung aus jeweilseinem der vier Windrichtungssektoren; Halbstundenmittelwerte aller Luftgütemessstellen in Wien undNiederösterreich der Jahre 1988 – 1997

Kapitel 4.5 Schadstoffimport

70

Zur Ermittlung der Schadstoff-Vorbelastung können folgende Standorte herangezogen werden: Heiden-reichstein, Irnfritz, Pillersdorf, Mistelbach, Gänserndorf und Hainburg. Die SO2-Immissionen dieserMessstellen stellen bei nördlichem oder östlichem Wind, wenn sie sich also mit Sicherheit nicht in derAbgasfahne von Wien befinden, etwa die Schadstoffvorbelastung von Luftmassen aus dem Auslanddar. An Tagen mit höheren Konzentrationen in Grenznähe als im Stadtgebiet von Wien ist ein Schad-stoffimport mit deutlichen Auswirkungen auf die Luftgüte in Niederösterreich bzw. Wien anzunehmen.Im umgekehrten Fall, wenn die SO2-Belastung in Wien höher liegt, kann davon ausgegangen werden,daß die Überschreitung des vorsorglichen Gesundheitsschutz-Grenzwertes (200 µg/m³) nicht aus-schließlich eine Folge von Ferntransportprozessen gewesen ist, sondern dass auch hausgemachteEmissionen deutlich zur Belastungssituation beigetragen haben. Diese Überlegungen gestatten aller-dings keine quantitativen Aussagen.

Das Ergebnis ist trotzdem sehr interessant. In den Jahren 1988 bis 1992 wurden in Wien wesentlichhäufiger höhere SO2-Konzentrationen erfaßt als an den grenznahen Messstellen (Abb. 4.15). Nur anjedem fünften Tag lagen die Messwerte in den Grenzregionen höher als im Stadtgebiet von Wien. DieGrenzwertüberschreitungen waren damals offensichtlich noch zu einem wesentlich größeren Anteilhausgemacht, denn im Zeitraum 1993 bis 1997 waren die Immissionen in der Grenzregion bereits angut jedem 2. der betrachteten Tage höher als in der Großstadt Wien.

⇒ Dem Schadstoffimport aus dem benachbarten Ausland kam hinsichtlich der SO2-Immissionen imStadtgebiet von Wien im Zeitraum 1987 bis 1997 eine zunehmend größere Bedeutung zu. Wäh-rend in den späten 80-iger Jahren der hausgemachte Anteil der Schwefeldioxidbelastung noch re-lativ hoch gewesen ist, waren die selten gewordenen Grenzwertüberschreitungen in den letztenJahren häufig in erster Linie ein Resultat von Schadstoffimportprozessen aus den Nachbarländern.

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1988 - 1992

prozentuelle Häufigkeit [ % ]Anzahl

Ereignisse

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Tageshöchstwert in Wien Grenzregion geringerbelastet

Grenzregion höherbelastet

1993 - 1997

Grenzregionstärker belastet

Grenzregiongeringer belastet

Tageshöchstwertim Stadtgebiet vonWien > 200 µg/m³

Abbildung 4.15

Zeitliche Entwicklung der Häufigkeit von Spitzenbelastungen der SO2-Konzentration in Wien und der jeweiligen Belastungssituation im östl. bzw. nördl. NÖ (Genzregion)

n = 13

Kapitel 5.1 Die Ozon-Hintergrundbelastung

71

5 SCHADSTOFFEPISODEN IM GROSSRAUM WIEN

Die Luftmassen, die aus den Nachbarländern nach Nordostösterreich gelangen, weisen je nach Wet-terlage, Temperatur- und Windverhältnissen etc. eine Schadstoffvorbelastung auf. Zusätzlich im Groß-raum Wien emittierte bzw. im Fall von Ozon gebildete Luftschadstoffe können zu Überschreitungen vonvorsorglichen Grenzwerten zum Schutz der Vegetation oder der Gesundheit führen.

Die überregionalen bzw. regionalen Schadstoffanteile, aus welchen in Summe eine Beeinträchtigungder Luftqualität im Stadtgebiet von Wien resultiert, sollen in diesem abschließenden Kapitel getrennt fürdie klassischen Winter- und Sommerschadstoffe ermittelt und bezüglich ihrer Bedeutung für die Luft-qualität in Wien statistisch ausgewertet werden.

5.1 Die Ozon-Hintergrundbelastung in Nordostösterreich

Während einer sommerlichen Ozonepisode setzt sich die Ozonbelastung in Nordostösterreich aus derOzon-Vorbelastung (Hintergrundbelastung) und dem regional gebildeten Ozon zusammen. In Kapitel4.2 wurde die Ozon-Hintergrundbelastung auf Basis der eingehenden Analyse der Ozonmessungen inNordostösterreich ermittelt. Für eine Erfassung der jeweiligen Hintergrundbelastung für den gesamtenBetrachtungszeitraum (Sommerhalbjahre 1990-1998) wäre der erforderliche Arbeitsaufwand allerdingsenorm groß. Deshalb wurde eine rein statistische Methode zur Berechnung der täglichen Ozon-Hintergrundbelastung untersucht. Von den Tageshöchstwerten der Dreistundenmittelwerte des ge-samten Messnetzes in Nordostösterreich wurde jeweils das 75-Perzentil (P75%) berechnet. Verschiede-ne Analysen haben ergeben, dass dieser Wert eine gute Näherung für den jeweiligen Tageshöchstwertder landesweit vorhandenen Grund- bzw. Vorbelastung darstellt. Die Abschätzung der Hintergrundbe-lastung auf Basis dieses 75-Perzentils aller Höchstwerte eines Tages (Messstellen in Nordostöster-reich) weist allerdings folgende Fehler auf, die im Normalfall allerdings vernachlässigbar sind:

1. An Tagen, an denen eine größere Anzahl von Messstellen eine deutliche regionale Ozonbildungerfassen (zumeist Tage mit Belastungsschwerpunkt Wien – siehe Kap. 4.2), wird die Hintergrund-belastung über- und damit der regional gebildete Ozonanteil unterschätzt (im Mittel um 10 µg/m³,64 Fallstudien, max. Abweichung 23 µg/m³).

2. An Tagen, an welchen nur vereinzelte Messstellen Hinweise zu einer regionalen Ozonbildung lie-fern (zumeist Tage mit westlichen Windrichtungen), wird die Hintergrundbelastung unter- und damitder regional gebildete Ozonanteil überschätzt (im Mittel um 3 µg/m³, 16 Fallstudien, max. Abwei-chung 7 µg/m³).

Im Vergleich zu den Werten der Fallstudien ergab die P75%-Methode eine im Mittel um knapp über5 µg/m³ höhere Hintergrundbelastung (Kap. 4.3). Für die folgenden Analysen zur Abschätzung desregionalen Ozonbildungspotentials in Nordostösterreich, welche auf die ermittelten Hintergrundbela-stungen aufbauen, ist diese Methode damit von ausreichender Genauigkeit.

Um zu überprüfen, ob die Berücksichtigung der städtischen Messstellen, die aufgrund der ständig vor-handenen NO-Emissionen im Mittel deutlich verringerte Ozonkonzentrationen erfassen (siehe Kap.2.2.1), nicht zu einer Unterschätzung der tatsächlichen Hintergrundkonzentrationen führt, wurden die75-Perzentile der Ozon-Tageshöchstwerte (MW3) ausschließlich mit den Daten der Freiland-messstellen in Nordostösterreich berechnet. Die außerordentlich gute Übereinstimmung zu den 75-Perzentilen der Ozon-Tageshöchstwerte auf Basis aller Messstellen bestätigte ebenfalls diese Methodezur Berechnung der sommerlichen Ozon-Vorbelastung in Nordostösterreich.

⇒ Anhand der Luftgütemessungen in Nordostösterreich sind Abschätzungen zur Ozon-Hintergrund-belastung in Mitteleuropa bzw. zur Vorbelastung von Luftmassen, die nach Wien gelangen, mög-lich. Der regionale Beitrag zur Gesamt-Ozonbelastung kann durch Bildung der Differenz zwischen


72

Tageshöchstwert in Nordostösterreich und der abgeschätzten Hintergrundbelastung näherungswei-se bestimmt werden.

5.1.1 Jahresgang der Hintergrundbelastung

In Abbildung 5.1 wurden die Zeitreihen der berechneten Ozon-Hintergrundkonzentrationen für die Jahre1990 bis 1998 eingezeichnet (graue Linien). Während in der ersten Jahreshälfte, beginnend im Febru-ar, die Hintergrundbelastung jeweils kontinuierlich bis in den Mai anstieg, sank dieses großflächig vor-handene Hintergrundozon jeweils bereits ab September rasch ab. Interessant ist die relativ hohe Bela-stung bereits im Mai, während die Hintergrundkonzentrationen im Juni im Mittel über die 9 Jahre etwastiefer lagen.

Während im Frühjahr und Frühsommer das Hintergrundozon nur sehr selten Werte über 150 µg/m³annahm, wurde während hochsommerlicher Ozonepisoden mitunter eine deutlich höhere Vorbelastungregistriert. Im Mittel lag sie in den Monaten Juli und August deutlich über den Monatsmittelwerten in denMonaten zuvor. Gleichzeitig wurden im Hochsommer nur selten Vorbelastungen unter 80 µg/m³ erfasst.Die Berechnungen ergaben hingegen für die Wintermonate praktisch nie Hintergrundwerte über 80µg/m³.

In Abbildung 5.1 werden einige Ereignisse mit Hintergrundbelastungen über dem Vorwarnstufen-Grenzwert gemäß Ozongesetz von 200 µg/m³ ausgewiesen. Tatsächlich wurde dieser Grenzwert alleinaufgrund des Zustroms enstsprechend vorbelasteter Luftmassen nie überschritten, wie in Kapitel 4.3 fürdie markantesten Ozonepisoden der vergangenen Jahre gezeigt werden konnte. Die hier aufscheinen-den vereinzelten besonders hohen Hintergrundbelastungen zeigen die zuvor angedeuteten Fehler derMethode zur Berechnung der Ozonvorbelastung. Während dieser Episoden wurden nämlich an unge-wöhnlich vielen Messstellen Ozonkonzentrationen deutlich über 200 µg/m³ erfasst, woraus P75%-Werteresultieren, die eine Hintergrundbelastung - fallweise 10 bis 20 µg/m³ über der tatsächlichen - vortäu-schen.

Die Hintergrundbelastung zeigte stets eine ausgeprägte Abhängigkeit von den jeweiligen Witterungs-verhältnissen:

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Zeitreihen der Ozon-Hintergrundbelastungbzw. des 75 % - Perzentils der Ozon-Tages-höchstwerte (MW3) in Nordostösterreichin den Jahren 1990 bis 1998

JAN FEB MÄR APR MAI JUN JUL AUG SEP OKT NOV DEZ

Abbildung 5.1


73

• Die Hintergrundbelastung stieg in der Regel insbesondere während mehrtägiger Schönwetterpha-sen mit Tageshöchstwerten von über 20 °C rasch an. Bei tieferen Lufttemperaturen blieb auch dasHintergrundozon auf einem relativ tiefem Niveau.

• Bei geringer Bewölkung während sommerlicher Hochdruckwetterlagen und damit intensiver Son-neneinstrahlung steigt die Ozonbelastung in Mitteleuropa kontinuierlich an, daraus resultiert einehohe Ozon-Vorbelastung im Bereich von 150 bis 180 µg/m² für Nordostösterreich bzw. Wien.

• Diese meteorologischen Verhältnisse führen während der Nachtstunden häufig zur Ausbildung ei-ner Strahlungsinversion (siehe Kap. 2.3.1). Daraus resultiert vor allem über dem Stadtgebiet eineAnreicherung der bodennahen Atmosphäre mit Primärschadstoffen, u.a. Stickoxiden. Die darausresultierende Ozonzerstörung hat keinen Einfluss auf die sogenannte Hintergrundbelastung, welcheja auch als Reservoirozon bezeichnet wird (siehe Kap. 2.3) und unbeeinflusst von dem auf boden-nahe Luftschichten beschränkten, nächtlichen Ozonabbau ist (siehe Kap. 4.1.1).

• Bei windschwachen Wetterlagen liegt die Hintergrundbelastung im Mittel deutlich über den Werten,die bei Strömungssituationen mit höheren Windgeschwindigkeiten auftreten.

⇒ Aufgrund der für die Ozonbildung günstigen Witterungsbedingungen steigt in Mitteleuropa dieOzon-Hintergrundbelastung im Frühling und Frühsommer kontinuierlich an. Während sommerlicherOzonepisoden liegt die Vorbelastung der nach Nordostösterreich gelangenden Luftmassen zumeistüber 120 µg/m³.

5.1.2 Zeitliche Entwicklung und Häufigkeitsstatistik der Hintergrundbelastung

Geänderte meteorologische Verhältnisse führen zumeist zu ausgeprägten Änderungen der Ozon-Hintergrundbelastung. In der folgenden Abbildung 5.2 ist der ausgeprägte Zusammenhang zwischenzeitlicher Entwicklung der Vorbelastung von Tag zu Tag und gleichzeitig beobachtetem Trend der Luft-temperatur bzw. der täglichen Globalstrahlungssumme dargestellt. Bei einem Temperaturanstieg ge-genüber dem Vortag (jeweils Differenz Tageshöchstwert aktueller Tag minus Tageshöchstwert Vortag)steigt üblicherweise auch die Hintergrundbelastung merklich an. Ist hingegen ein Absinken der Tempe-raturen, welches zumeist im Zusammenhang mit einer Wetterverschlechterung (u.a. Bewölkungszu-nahme und auffrischender Wind) steht, zu beobachten, sinken auch die Ozonwerte.

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Ozonentwicklung

mittlere Temperaturentwicklung

in Ostösterreich

Abbildung 5.2Zeitliche Entwicklung der Hintergrund-Ozonkonzentration [ µg/m³ ]

Zeitliche Entwicklung der Hintergrund-Ozon-konzentration sowie Temperaturentwicklung(aktueller Tageshöchstwert minus Maximumvom Vortag); Sommerhalbjahre 1990 - 1998


74

Mit Abstand am häufigsten traten in Nordostösterreich während der Sommerhalbjahre Hintergrund-belastungen im Bereich von 80 bis 120 µg/m³ auf. Während sommerlicher Ozonepisoden wurden hin-gegen Hintergrundbelastungen über 120 µg/m³ ermittelt. Die höchsten des Hintergrundwerte traten nurbei Tageshöchstwerten der Lufttemperatur deutlich über 25 °C auf (Abb. 5.3).

Die Auswertungen in Kapitel 3.3 zur Überschreitungshäufigkeit des Vegetationsschutz-Grenzwerteshaben ergeben, dass an der Hügelmessstelle Hermannskogel (Wienerwald) durchschnittlich über dieHälfte aller Messwerte eines Jahres über dem Vegetationsschutz-Grenzwert 7MW bzw. MW8 über60 µg/m³ (siehe Kap. 2.2.3.3) liegen. Die in Abb. 5.3 abgebildete Häufigkeitsauszählung zur Hinter-grundbelastung zeigt sehr deutlich, daß eine Überschreitung dieses Grenzwertes häufig bereits aus derVorbelastung von Luftmassen, die nach Wien gelangen, resultieren kann. Für eine Überschreitung derVegetationsschutz-Grenzwertes bedarf es folglich zumeist nicht einer zusätzlichen regionalen Ozonbil-dung im Großraum Wien. Wie im folgenden Kapitel gezeigt wird, gilt dies keinesfalls für Ozonepisodenmit Überschreitungen der Vorwarnstufe gemäß Ozongesetz.

⇒ Die Hintergrundbelastung liegt praktisch während des gesamten Sommerhalbjahres über dem vor-sorglichen Grenzwert zum Schutz der Vegetation. Lediglich im Stadtgebiet wird das Ozon währendder Nachtstunden wegen der Oxidation von NO zu NO2 mitunter bis zur Nachweisgrenze abgebaut.

0

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Konzentrationsbereich der Ozon-Hintergrundbelastung [ µg/m³ ]

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Häufigkeit von Hintergrundkonzentrationen Tagesmaximum der Lufttemperatur

Abbildung 5.3Häufigkeitsverteilung berechneter Ozon-Hintergrundkonzentrationen in Nordostösterreich (75 %-Perzentil der Tageshöchstwerte (MW3) des gesamten Messnetzes); 1990 - 1997

Kapitel 5.2 Regionales Ozonbildungspotential

75

5.2 Das regionale Ozonbildungspotential in Nordostösterreich bzw. Wien

Aufgrund der Erkenntnisse umfangreicher Studien (z.B. POP, 1997) sind Spitzenbelastungen derOzonkonzentration in Nordostösterreich, wobei Werte deutlich über denen der Vorbelastung beobach-tet wurden, nahezu ausschließlich in der Abgasfahne der Ballungszentren Wien, Bratislava sowie fall-weise Linz aufgetreten. An Episodentagen kommt mit Sicherheit der regionalen Ozonbildung eine gro-ße Bedeutung zu, und folglich primär den Emissionen von Vorläufersubstanzen in den Ballungszentren.

Zur Abschätzung der jeweiligen Intensität der regionalen Ozonbildung wurden von den in Wien bzw.Niederösterreich gemessenen Tageshöchstwerten der Ozonkonzentration die berechneten Hinter-grundkonzentrationen abgezogen:

Regionaler Ozonbeitrag = Tageshöchstwert in Wien bzw. NÖ minus Hintergrundbelastung

In Abbildung 5.4 ist eine Häufigkeitsverteilung der mittels dieser einfachen Methode berechneten regio-nalen Ozonbeiträge dargestellt. Sehr häufig wurden in den Sommerhalbjahren Beiträge bis 10 µg/m³ermittelt, ein Bereich, der aufgrund der verschiedenen Unsicherheiten, mit welchen diese Abschätzungbehaftet ist (siehe Kap. 5.1), keine konkreten Rückschlüsse zulässt.

Höhere Beiträge von über 30 µg/m³ sind hingegen verlässliche Indikatoren des Ozonbildungspotentialsin Nordostösterreich. Diese höheren Werte resultieren zumeist aus der verstärkten regionalen Ozonbil-dung im Lee der Ballungszentren Wien oder Bratislava, welche im Stadtgebiet der Bundeshauptstadtwesentlich seltener zu hohen Ozonwerten führen als in Niederösterreich (Abb. 5.4). Während desSommerhalbjahres sind an ca. einem Viertel der Tage regionale Ozonbeiträge von über 30 µg/m³ undschließlich im Schnitt an 10 Tagen des Jahres Beiträge von über 50 µg/m³ zu beobachten. Die Zahl vonTagen mit Überschreitung der Vorwarnstufe gemäß Ozongesetz im Ozonüberwachungsgebiet 1 istallerdings etwas geringer: Denn aufgrund der je nach Windverhältnissen mitunter relativ kleinräumigenAusbreitung ozonreicher Luftmassen im Großraum Wien werden die Spitzenwerte der Ozonkonzentra-tion mitunter nur an einzelnen Messstellen erfasst. Für eine offizielle Vorwarnung bedarf es jedenfallsder Überschreitung an zumindest 2 Luftgütemessstellen.

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Regionaler Ozonbeitrag [ µg/m³ ]

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[ % ]

Häufigkeit von Tagen mit maximalen regionalen Beiträgen zur Ozonbelastung inNiederösterreich bzw. Wien; Sommerhalbjahre ( April - September ) 1990 - 1998

Nieder- österreich Wien > 30 µg/m³ : 27,4 % 6,3 %

> 50 µg/m³ : 5,9 % 2,0 %

Abbildung 5.4


76

Nicht nur die Anzahl, sondern auch Informationen zur durchschnittlichen Dauer von Episoden mit ho-hen Hintergrundbelastungen bzw. hohen Tageshöchstwerten der Ozonkonzentration (MW3 > 180µg/m³) sind von Interesse. Abbildung 5.5 zeigt daher eine Häufigkeitsverteilung zur durchschnittlichenDauer (in Tagen) von Episoden hoher Hintergrundbelastung bzw. hoher Ozonspitzenbelastungen.Meist dauerten Ozonepisoden nur wenige Tage an, bereits Episoden von 5 aufeinanderfolgenden Ta-gen mit Hintergrundbelastungen über 120 µg/m³ wurden sehr selten beobachtet. Lediglich im Sommer1992 traten über 3 Wochen hinweg Hintergrundkonzentrationen über diesem Wert auf. Hohe Kurzzeit-mittelwerte (HMW bzw. MW3 > 180 µg/m³) werden außerordentlich selten an mehreren aufeinanderfol-genden Tagen ünerschritten. Ozonepisoden mit Spitzenkonzentrationen sind von kurzer Dauer.

Zuletzt noch eine Darstellung zum Jahresgang der Hintergrund- sowie Spitzenbelastungen der Ozon-konzentrationen in Wien. Im Gegensatz zu Abb. 5.1 ist in Abb. 5.6 das frühe Auftreten des Maximumshoher Hintergrundkonzentrationen im Mai noch ausgeprägter zu erkennen. Im Stadtgebiet von Wienwerden bereits im April relativ häufig höhere Konzentrationen erfasst. Während also Spitzenwerte(MW3) der Ozonkonzentration von > 180 µg/m³ in Nordostösterreich ebenfalls unerwartet häufig bereitsim späten Frühling auftreten, treten Höchstwerte (MW3) von > 200 µg/m³ praktisch nur in den MonatenJuni bis August auf. Die Gründe für die hohe Hintergrundbelastung, bei gleichzeitig wesentlich seltene-ren absoluten Spitzenbelastungen in den Monaten April und Mai, sind noch nicht bekannt.

⇒ Ozonepisoden, bei welchen Überschreitungen der Vorwarnstufe gemäß Ozongesetz registriertwerden, sind in Nordostösterreich bisher nahezu ausschließlich in den Monaten Juli und Augustaufgetreten. Dabei konnte stets eine regionale Ozonbildung beobachtet werden.

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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21Anzahl aufeinanderfolgender Tage

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[%]

Hintergrundkonzentration > 120 µg/m³

Tageshöchstwert HMW > 180 µg/m³

Tageshöchstwert MW3 > 180 µg/m³

Anzahl der Tage mit Überschreitung von:

Abbildung 5.5

Häufigkeit des Auftretens erhöhter Hintergrundbelastungen ( P75% > 120 µg/m³ ) sowie von erhöhten Tageshöchstwerten [%] in Abhängigkeit von der Dauer des Ereignisses

"Dauer von Ozonepisoden in Nordostösterreich"


77

Das relativ seltene Auftreten von Ozonkonzentrationen über 200 µg/m³ an gleichzeitig mehreren Mess-stellen in Nordostösterreich wird durch Tabelle 5.1 verdeutlicht. In den Jahren 1990 bis 1998 wurden aninsgesamt 60 Tagen Ozonwerte > 200 µg/m³ erfasst. Häufig wurden diese Spitzenbelastungen nur aneiner einzelnen Messstelle registriert (30 Tage).

⇒ Der Grenzwert der Vorwarnstufe gemäß Ozongesetz wurde im Ozonüberwachungsgebiet 1 (Wien,Niederösterreich und nördliches Burgenland) nur sehr selten an einer größeren Anzahl von Mess-stellen gleichzeitig erfasst.

Zwischen 1990 und 1998 sind an lediglich 5 Tagen im Untersuchungsgebiet OzonkonzentrationenMW3 > 200 µg/m³ aufgetreten, die Wien und Umgebung nicht betrafen. Häufig wurden in Wien und amStadtrand gleich an mehreren Standorten die höchsten Ozonkonzentrationen Nordostösterreichs regi-striert.

⇒ Der Belastungsschwerpunkt lag im Ozonüberwachungsgebiet 1 während sommerlicher Ozonepiso-den häufig im Großraum Wien. Außerdem wurden hohe Ozonkonzentrationen wiederholt in der Ab-gasfahne von Bratislava und fallweise von Linz erfasst.

Zumeist waren nur eine oder zwei der vier Regionen (Wien und Umgebung, Weinviertel, Waldviertelund Voralpengebiet, Wiener Becken und nördliches Burgenland) von Spitzenbelastungen betroffen (53Tage). Großräumige Ozonepisoden mit einem Ansteigen der Ozonkonzentrationen (MW3) über die200 µg/m³ - Schwelle in insgesamt drei Regionen konnten nur an 7 Tagen beobachtet werden, in allen4 Regionen gleichzeitig trat bisher kein derartiger Vorfall auf..

⇒ Überschreitungen der Vorwarnstufe gemäß Ozongesetz sind zumeist in Wien und / oder der Ab-gasfahne der Stadt anzutreffen. Gleichzeitige Überschreitungen in weiten Teilen des Ozonüberwa-chungsgebietes 1 sind äußerst selten.

Bei den Messstellen im Stadtgebiet von Wien wurden Spitzenbelastungen häufig an der MessstelleHermannskogel registriert. Eine gleichzeitige Überschreitung an den Messstellen Hermannskogel amnordwestlichen Stadtrand von Wien und an der Messstelle Lobau am südöstlichen Stadtrand wurde nur

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Hintergrund > 120 µg/m³

TMWmax > 180 µg/m³

TMWmax > 200 µg/m³ Tagesmax.

Tagesmax.

Mittlere Häufigkeit von Tagen mit einer Ozon - Hintergrundkonzentration MW3 > 120 µg/m³ in Nordostösterreich. Vergleich zur Häufigkeit von Tageshöchstwerten der Ozonkonzentrationin Wien von MW3 > 180 bzw. > 200 µg/m³ an diesen Tagen. Datengrundlage: 1990 - 1998

Abbildung 5.6

in Wien


78

ein einziges Mal beobachtet. Daran zeigt sich wiederum, dass Spitzenbelastungen der Ozonkonzentra-tion räumlich stark begrenzte Ereignisse sind, bzw. im Zusammenhang mit den eingehenden Analysenin Kapitel 4, dass die jeweiligen Windverhältnisse von größter Bedeutung sind. Überschreitungsereig-nisse im Nordwesten der Stadt (relativ häufig Hermannskogel und Hohe Warte) treten üblicherweise beiSüdostwind, Spitzenbelastungen in der Lobau bei Nordwestwind bis Nordwind auf. Die seltenen Ereig-nisse mit Ozonwerten MW3 > 200 µg/m³ an zumindest 3 Messstellen Wiens waren ausschließlich anTagen mit drehendem Wind, und der Verlagerung einer Ozonwolke (Kap. 4.2.4) über das Stadtgebietvon Wien hinweg, zu beobachten.

⇒ Hohe Ozonkonzentrationen im gesamten Stadtgebiet von Wien treten üblicherweise auf, wenn sichin Folge drehender Windverhältnisse keine Ozonfahne im Lee des Ballungszentrums ausbildet,sondern eine im Großraum Wien entstandene, besonders ozonreiche Luftmasse über das Stadtge-biet hinweg verlagert wird.

Tabelle 5.1

Anzahl von Tagen mit Tageshöchstwerten der Ozonkonzentration MW3 > 200 µg/m³, jeweils registriertgleichzeitig an 1 bis 11 Messstellen bzw. in vier Regionen Nordostösterreichs; 1990 - 1998

Anzahl Messstellen: 1 8 9 10 11 Summe

Wien & Umgebung 2 2 1 1 1 1 2 3 1 2 4 3 1 3 1 2 4 6 1 4 2 5 4 6 5 67Waldviertel & Voralpen 1 1 1 2 1 1 1 4 4 1 5 4 5 1 32Weinviertel 1 1 1 1 1 2 2 1 1 3 5 19Wr. Becken & nördl. Burgenland 1 1 1 1 3 2 1 1 1 12

Exelberg 4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 15Hermannskogel 8 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 24Klosterneuburg 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 14

Laaerberg 1 1 2Lobau 1 1 1 1 1 1 6

Schwechat 1 1 1 1 4Stephansplatz 1 1 1 1 1 1 6Zentralanstalt 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11

Amstetten 1 1 1 3Annaberg 1 1

Dunkelsteinerwald 4 1 1 1 1 1 1 1 11Forsthof 1 1

Kollmitzberg 1 1 2Krems 1 1 2

Ostrong 1 1 1 3St. Leonhard 1 1 1 1 1 5

St. Pölten 1 1 1 1 1 5St. Valentin 1 1 2Streithofen 1 1 1 3

Gänserndorf 3 1 1 1 1 7Mistelbach 1 1 1 1 1 5Pillersdorf 1 1Stockerau 1 1

Tulln 1 1 1 1 4Wolkersdorf 1 1 1 1 1 5

Eisenstadt 1 1 2Hainburg 1 1 1 1 1 5

Illmitz 1 1 1 3Mödling 1 1 2

Stixneusiedl 1 1 1 1 4Wiesmath 1 1

Gesamt: 30 0 1 1 1 601 8 9 10 11

Keine Überschreitungen in:

2 3 4 5 6 7

3 29 4 6 36 72 3 4 5

Großgöttfritz, Heidenreichstein, Irnfritz, Nebelstein, Payerbach, Bad Vöslau, Ternitz, Wr. Neustadt

Kapitel 5.3 Luftschadstoff-Belastungsepisoden

79

5.3 Luftschadstoff-Belastungsepisoden

In Anbetracht der in den Kapiteln 4 und 5.1 durchgeführten Analysen zur Ausbildung von Schadstoffe-pisoden stellen sich noch folgende Fragen:

§ Wie lange dauern Schadstoffepisoden an bzw. werden Grenzwerte über längere Zeiträume odernur kurze Zeit überschritten?

§ Zu welcher Jahreszeit werden besonders häufig Überschreitungen registriert?§ In welchen Stadtteilen oder Siedlungsräumen ist häufig mit hohen Schadstoffkonzentrationen bzw.

Grenzwertüberschreitungen zu rechnen?§ Zeigen die durchschnittlichen Überschreitungshäufigkeiten in den vergangenen Jahren einen stei-

genden oder fallenden Trend?

Der Beantwortung dieser Fragen ist jeweils ein Kapitel gewidmet.

5.3.1 Andauer von Luftschadstoff-Belastungsepisoden

In Abbildung 5.7 ist die Häufigkeit von Schadstoffepisoden mit Überschreitungen der Vegetations-schutz-Grenzwerte (Kapitel 2.3) im Stadtgebiet von Wien an aufeinanderfolgenden Tagen dargestellt,und zwar getrennt für die Luftschadstoffe: Schwebstaub, Schwefeldioxid, Stickstoffdioxid und Ozon. FürStickstoffmonoxid ist in Österreich kein Grenzwert festgelegt und beim Kohlenmonoxid werden in Wienseit Jahren keine Überschreitungen mehr festgestellt, deshalb sind diese Schadstoffe weder in diesernoch in den folgenden Abbildungen enthalten.

Abbildung 5.7Absolute Häufigkeit von Episoden mit Überschreitung des Vegetationsschutz-Grenzwertesan zumindest einer Luftgütemessstelle Wiens an aufeinanderfolgenden Tagen;Messwerte der Jahre 1986 – 1998

⇒ Episoden mit Überschreitung der vorsorglichen Vegetationsschutz-Grenzwerte sind für die Schad-stoffe Schwebstaub, Stickstoffdioxid sowie Schwefeldioxid zumeist von kurzer Dauer. Nur seltenwerden Überschreitungen kontinuierlich über Tage hinweg beobachtet. Klassische winterliche Be-lastungsepisoden mit hohen Schadstoffbelastungen über Tage und Wochen sind in Wien offen-sichtlich sehr selten.

⇒ Die Ozonkonzentration im Stadtgebiet von Wien überschreitet häufig über Monate hinweg Tag fürTag die für die Vegetation unbedenklichen Werte. Hier macht sich die hohe sommerliche Hinter-grundbelastung in Mitteleuropa bemerkbar.

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1 2 3 4 5 6 7 > 7Anzahl aufeinanderfolgender Tage mit Grenzwertüberschreitung

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Staub

Schwefeldioxid

Stickstoffdioxid

Ozon max. 255 Tage

max. 24 Tage

max. 10 Tage

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5.3.2 Belastungsepisoden im Jahresverlauf

Die mittlere Häufigkeit von Überschreitungen der Vegetationsschutz-Grenzwerte im Laufe des Jahreszeigt einige interessante Gesetzmäßigkeiten (Abb. 5.8):

⇒ Überschreitungen des Vegetationsschutzgrenzwertes für Schwebstaub treten häufig im Winter undnur relativ selten während des Sommerhalbjahres auf.

⇒ Die Schwefeldioxidbelastung ist während des Winters im Mittel am höchsten. Da außerhalb derVegetationsperiode allerdings auch ein etwas höherer Vegetationsschutz-Grenzwert festgelegt istals im Sommerhalbjahr, kommt es im April und Oktober, wenn die mittlere SO2-Belastung noch re-lativ hoch bzw. bereits wieder ansteigend ist und bereits bzw. noch der tiefere SommergrenzwertGültigkeit hat, am häufigsten zu Grenzwertüberschreitungen.

⇒ Die Überschreitungshäufigkeit des Vegetationsschutzgrenzwertes für Stickstoffdioxid zeigt nur ei-nen geringen Jahresgang. Die Oxidation von NO zu NO2 ist allerdings stark temperaturabhängig,sodass zwar die höchsten NO-Konzentrationen im Winter, aufgrund der verringerten chemischenReaktivität die höchsten NO2-Konzentrationen hingegen im Sommer erfasst werden.

⇒ Bezüglich Ozon ist im Stadtgebiet von Wien üblicherweise über das gesamte Sommerhalbjahr derVegetationsschutz nicht gewährleistet.

5.3.3 Grenzwertüberschreitungen in der Stadt

In Kapitel 3.1 wurden die Wiener Luftgütemessstellen charakteristischen Standorten zugeordnet. Abbil-dung 5.9 zeigt die mittleren Überschreitungshäufigkeiten des Vegetationsschutz-Grenzwertes getrenntfür verkehrsnahe und städtische Standorte sowie für Messstellen am Stadtrand in den Erholungsge-bieten von Wien.

⇒ Überschreitungen des Vegetationsschutz-Grenzwertes für Schwebstaub und Stickstoffdioxid wer-den hauptsächlich an verkehrsnahen Messstellen beobachtet. Hier zeigt sich sehr deutlich der gro-ße Einfluss des Kfz-Verkehrs auf die Luftqualität im Stadtgebiet von Wien. In den Wohngebietenund am Stadtrand werden nur relativ selten Überschreitungen registriert.

⇒ Der Vegetationsschutz-Grenzwert für Schwefeldioxid wurde in den vergangenen Jahren sehr seltenüberschritten. Während Schadstoffepisoden treten allerdings auch an den städtischen und Stadt-rand-Messstellen relativ hohe Konzentrationen auf. Hier zeigen sich recht deutlich die Auswirkun-

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Schwebstaub Schwefeldioxid Stickstoffdioxid Ozon

Abbildung 5.8Mittlere Häufigkeiten von Tagen mit Vegetationsschutz-Grenzwertüberschreitungen im Stadtgebiet von Wien;Datengrundlage 1987 bis 1998, kumulative Darstellung


81

gen des grenzüberschreitenden Schadstoffferntransports, welcher sich zumeist auf sämtlicheMessstellen gleichermaßen auswirkt.

⇒ Im Gegensatz zu den Primärschadstoffen wird der Vegetationsschutz-Grenzwert für den Sekundär-schadstoff Ozon am häufigsten in den Erholungsgebieten am Stadtrand überschritten und zeigtdamit ein signifikant gegensätzliches Verhalten zu NO X. Die Stickoxidemissionen des Kfz-Verkehrsführen zunächst zu einer Ozonverringerung in unmittelbarer Straßennähe, erst in größerer Entfer-nung, häufig am Stadtrand, führen die Emissionen von Vorläufersubstanzen vor allem während desSommers zu einer regionalen Ozonbildung.

Abbildung 5.9Durchschnittliche Anzahl von Tagen mit Überschreitungen der Vegetationsschutz-Grenzwertean charakteristischen Standorten im Stadtgebiet von Wien; Datengrundlage 1987 - 1998

5.3.4 Trends bei den Grenzwertüberschreitungen in den Jahren 1987 bis 1998

Zuletzt noch ein direkter Vergleich hinsichtlich der zeitlichen Entwicklung der Überschreitungs-häufigkeiten der vorsorglichen Vegetationsschutz-Grenzwerte bezüglich Schwefeldioxid, Schwebstaub,Stickstoffdioxid sowie Ozon (Abb. 5.10)1. Beim SO2 zeigt sich auch bei den Überschreitungshäufigkei-ten ein durchwegs abnehmender Trend. Die ausgeprägten Schwankungen in den ersten Jahren derMessungen verhindern ähnlich klare Aussagen für die anderen Schadstoffe. Beim NO2 ist seit 1994eine leichte Abnahme zu verzeichnen. Beim Schwebstaub und insbesondere Ozon verhindern zusätz-lich die witterungsbedingten Schwankungen von Jahr zu Jahr konkrete Aussagen zur längerfristigenEntwicklung der Schadstoffbelastung. Einen signifikanten Anstieg oder eine Abnahme der Überschrei-tungshäufigkeiten bezüglich Vegetationsschutz-Grenzwert konnte beim Schwebstaub und Ozon je-denfalls nicht beobachtet werden,

⇒ Lediglich der Luftschadstoff Schwefeldioxid verzeichnete im Beobachtungszeitraum 1987 bis 1998im Stadtgebiet von Wien eine deutliche Abnahme der Überschreitugshäufigkeit des Vegetations-schutz-Grenzwertes.

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Staub Schwefeldioxid Stickstoffdioxid Ozon

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Verkehrsnah ( 3 Messstellen)

Stadtgebiet ( 12 Messstellen)

Erholungsgebiet ( 3 Messstellen)160

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1 Dabei ist die unterschiedliche Anzahl erfassender Messstellen, und zwar sowohl im Vergleich zwischenden Schadstoffen wie auch im Verlauf der Jahre, zu beachten à siehe Tabelle 1.3.

1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998

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Schwefeldioxid Schwebstaub Stickstoffdioxid Ozon

Abbildung 5.10

Anz

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Anzahl der Tage mit Überscheitungen desVegetationsschutz-Grenzwertes in Wienin den Jahren 1988 bis 1998

Glossar

83

Glossar

Advektion & Konvektion

Der Transport einer Luftmasse mit einer bestimmten Eigenschaft (z.B. Wärmeinhalt) durch horizontaleVerlagerung. Die Konvektion bezieht sich hingegen auf vertikale Transportprozesse, insbesondere dieThermik (Aufsteigen von erhitzten Luftpaketen) und Ausbildung von Cumuluswolken.

Anthropogen

Von menschlichen Aktivitäten stammend.

Atmosphäre

Die Lufthülle der Erde. Anthropogene Emissionen können nicht nur die Zusammensetzung der Atmo-sphäre verändern, sondern sich auch negativ auf die Tier- und Pflanzenwelt (Biosphäre), die Wasser-und Eisgebiete der Erde (Hydro- bzw. Kryosphäre) und die Pedosphäre (fester Teil der Erdoberfläche)auswirken.

Deposition

Der Übergang von Luftschadstoffen (gasförmig oder Partikel) aus der Atmosphäre auf Oberflächen. Beider trockenen Deposition in Folge molekularer bzw. ungeordneter Bewegungen aller Luftpartikel oder inForm der schwerkraftbedingten Ablagerung. Bei der nassen Deposition durch Auswaschung aus derAtmosphäre.

Emission

Die im Zuge menschlicher Aktivitäten in die Atmosphäre abgegebenen festen (z.B. Rußpartikel), flüssi-gen (z.B. Abwasser von Industrieanlagen) oder gasförmigen (z.B. Schwefeldioxid) Stoffe. Zusätzlichkönnen u.a. Lärmemissionen oder Erschütterungen auftreten. Emissionskataster enthalten flächenbe-zogene Auflistungen von Emissionen in einem definiertem Gebiet.

Fossile Brennstoffe

Brennbare geologische Ablagerungen von Kohlenstoff in organischer Form mit biologischem Ursprung(u.a. Kohle, Erdöl und -gas).

Fotodissoziation

Die Aufspaltung eines Moleküls als Folge der Absorption von kurzwelliger Sonnenstrahlung und Zerstö-rung von chemischen Bindungen. So kann aus Ozon molekularer und atomarer Sauerstoff gebildetwerden.

Immission

Die Auswirkungen der in die Umwelt abgegebenen Stoffe auf die Rezeptoren (Bevölkerung bzw. Tier-und Pflanzenwelt). Beim Transport von luftgetragenen Schadstoffen von den Emittenten zu den Re-zeptoren und den dabei ablaufenden Umwandlungs-, Durchmischungs-, Zerstörungs- und Depositions-prozessen in der bodennahen Atmosphäre fällt den jeweiligen meteorologischen Bedingungen eineentscheidende Rolle zu.

Glossar

84

Inversion

Üblicherweise nimmt die Temperatur mit der Höhe um ca. 1 °C / 100 Höhenmeter ab. Bei stabilen,austauscharmen Wetterlagen tritt der Effekt auf, dass im Bereich im Bereich die Temperatur mit einemgeringeren Gradienten ab- oder mit der Höhe sogar zunimmt.

Klima, Witterung & Wetter

Charakteristische meteorologische Verhältnisse (Sonnenstrahlung, Lufttemperatur und -feuchtigkeit,Wind, Niederschlag, etc.) eines Ortes über Zeiträume von Jahren bis Jahrtausenden (Klima), Monaten(Witterung) und Tagen (Wetter).

Mittelwertbildung

Von den Messgeräten bzw. der Datenerfassung werden alle 10 Sekunden Messwerte erfasst, aus wel-chen Minutenmittelwerte gebildet und abgespeichert werden. Der ÖNORM entsprechend werden beieiner Datenverfügbarkeit von zumindest 75 % Halbstundenmittelwerte, und daraus wiederum u.a. Ta-gesmittelwerte berechnet. Ein HMW um 14:30 Uhr wird aus den Minutenwerten zwischen 14:01 und14:30 Uhr gebildet, beschreibt also die mittlere Immissionssituation während der vergangenen halbenStunde.

Niederschlag

In der Meteorologie im flüssigen oder festen Aggregatzustand, d.h. in Form von Regen oder Schnee.

Oxidation, Oxidantien

Stickstoffdioxid (NO2) ist z.B. die oxidierte Form des Stickstoffmonoxids (NO), im Zuge luftchemischerReaktionen hat es ein zusätzliches Sauerstoffatom aufgenommen. Unter Oxidantien oder besser Fo-tooxidantien versteht man hingegen alle Produkte fotochemischer Reaktionen zwischen Stickoxidenund reaktiven Kohlenwasserstoffen. Die Leitsubstanz ist üblicherweise Ozon.

Ozonloch

Die sogenannte Ozonschicht in ca. 12 bis 22 km Höhe führt zu einer fast vollständigen Absorption derfür das Leben auf der Erde gefährlichen, solaren UV-B-Strahlung. Die periodisch im südhemisphäri-schen Frühling etwa seit Ende der 70-iger Jahre auftretende Ausdünnung des stratosphärischen Ozonsdurch Chlor- und Bromverbindungen wird als Ozonloch bezeichnet. Das Phänomen beschränkte sichzunächst auf den Bereich des kalten polaren Wirbels, der sich üblicherweise südlich von 65 °S befindet,sich mitunter allerdings bis in mittlere Breiten ausdehnt. In jüngster Zeit wurde auch eine deutliche Ab-nahme des stratosphärischen Ozongehalts über dem Nordpol registriert.

Plausibilitätskontrollen

Mitunter werden von den Luftgütemessstellen markante Sprünge in den Zeitreihen oder Spitzenwerteerfasst, die einen Messfehler vermuten lassen. Durch langjährige Erfahrung bzw. Vergleich mit denüblicherweise zu beobachtenden Schadstoffkonzentrationen an diesem Standort (unter Beachtung vonVerkehrsaufkommen, Wetterlage, Jahreszeit, etc.) und gleichzeitige Kontrolle der Schadstoffwerte anden benachbarten Messtellen kann kontrolliert werden, ob ein ungewöhnlich hoher oder tiefer Messwertplausibel erscheint. Sehr wertvolle Hinweise liefern dabei die von der Magistratsabteilung 22 vollständigabgespeicherten Einminutenwerte.

Glossar

85

SmogBegriff aus dem Englischen, zusammengesetzt aus smoke „Rauch“ und fog „Nebel“. Entsteht im Winterüberwiegend in Ballungsgebieten im Zusammenhang mit Inversionswetterlagen und im Sommer in derAbgasfahne von Großstädten u.a. bei intensiver Sonneneinstrahlung. Der klassische Londoner Win-tersmog ist durch hohe SO2-, Staub,- NO X- und CO-Konzentrationen und deutlich wahrnehmbare Ver-unreinigungen der Atmosphäre gekennzeichnet (Hauptquelle: sämtliche Verbrennungsprozesse). Inder Gegenwart hat Smog die allgemeinere Bedeutung für anthropogen verursachtem Dunst. Der klas-sische Los Angeles-Sommersmog resultiert aus einer intensiven Anreicherung von Stickoxiden undflüchtigen Kohlenwasserstoffverbindungen (Hauptverursacher: Kfz-Verkehr) in den Ballungszentrenund der fotochemischen Bildung von Ozon (sowie einer Vielzahl anderer Fotooxidantien) in deren Ab-gasfahnen während der Sommermonate.

Turbulenz

Der mittleren Luftströmung in der Atmosphäre sind ungeordnete, turbulente Bewegungen überlagert.Die mechanische Turbulenz, oder Reibungsturbulenz, ist ein Resultat der Bodenrauhigkeit – ab einerbestimmten Windgeschwindigkeit kommt es zu einer Wirbelbildung auf der windabgewandten Seite vonHindernissen (z.B. Hügel, Häuser oder Bäume), die zu raschen, lokalen Schwankungen der Windrich-tung und -geschwindigkeit führt (Windböen). Die thermische Turbulenz entsteht bei Sonneneinstrahlungdurch die lokal sehr variable Erwärmung bodennaher Luftschichten durch den unterschiedlich be-schaffenen Erdboden. Aufsteigende, relativ warme Luftpakete werden durch kühlere Luft aus höherenSchichten ersetzt. Die turbulenten Luftbewegungen führen wiederum zu einer Durchmischung der At-mosphäre.

Vorläufersubstanzen

In der Atmosphäre kommt es in Folge anthropogener Schadstoffemissionen zu einer Vielzahl chemi-scher Reaktionen. Aus den Primärschadstoffen, die von den Emittenten in die Luft abgegeben werden(z.B. Stickoxide), entstehen Sekundärschadstoffe (z.B. Ozon). Die ursprünglichen Luftbeimengungenbezeichnet man als Vorläufersubstanzen der letztendlich in der Luft enthaltenen Sekundärschadstoffe.

Vorsorgliche Grenzwerte der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW)

Unterhalb der wirkungsbezogenen Grenzkonzentrationen, die von der ÖAW - Kommission zur Rein-haltung der Luft - insbesondere durch umfangreiche Literaturstudien erarbeitet wurden, sind nach demWissensstand von 1989 (aktualisiert 1994 im Rahmen der Umweltwissenschaftlichen Grundlagen fürden Nationalen Umweltplan bzw. 1998 für Stickstoffoxid) keine wesentlichen Auswirkungen auf denMenschen bzw. auf die Vegetation nachweisbar, wobei die Realisierbarkeit der vorsorglichen Grenz-werte nicht berücksichtigt wurde. Hingegen können bei Überschreitung der wirkungsbezogenen Immis-sionsgrenzkonzentrationen Schädigungen nicht mehr ausgeschlossen werden.

WarnwerteZum Schutz der Bevölkerung vor üblicherweise kurzzeitig auftretenden Luftschadstoff-Spitzenbelastungen sind neben den vorsorglichen Grenzwerten zusätzlich Alarm- und Warnwerte fest-gelegt, ab welchen mit gesundheitlichen Schäden zu rechnen ist und deshalb seitens der Behördenemissionsmindernde Maßnahmen verordnet werden können. Für diesen Fall wurde für Wien ein eige-ner Smogalarmplan gemäß Smogalarmgesetz (BGBl.Nr. 38/1989) ausgearbeitet.

Vorläufersubstanzen

In der Atmosphäre kommt es in Folge anthropogener Schadstoffemissionen zu einer Vielzahl chemi-scher Reaktionen. Aus den Primärschadstoffen, die von den Emittenten in die Luft abgegeben werden

Glossar

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(z.B. Stickoxide), entstehen Sekundärschadstoffe (z.B. Ozon). Die ursprünglichen Luftbeimengungenbezeichnet man als Vorläufersubstanzen der letztendlich in der Luft enthaltenen Sekundärschadstoffe.

Abkürzungsverzeichnis

µg/m³ Mikrogramm pro Kubikmeter Luft (entspricht 0,000 001 g/m³)7MW Siebenstundenmittelwert von 9-16 Uhr in der Vegetationsperiode April bis OktoberCO KohlenmonoxidHMW HalbstundenmittelwertJMW Jahresmittelwertmg/m³ Milligramm pro Kubikmeter Luft (entspricht 0,001 g/m³)MW1 Gleitender EinstundenmittelwertMW3 Gleitender DreistundenmittelwertMW8 Gleitender AchtstundenmittelwertNOX Stickoxide; Summe der Luftschadstoffe Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2)O3 OzonÖAW Österreichische Akademie der Wissenschaftenppb parts per billion, entspricht 10-9 Volumsteile oder 1 mm³ Luftbeimengung pro m³ Luftppm parts per million, entspricht 10-6 Volumsteile oder 1 cm³ Luftbeimengung pro m³ LuftSO2 SchwefeldioxidTMW Tagesmittelwert

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Abbildungsverzeichnis & Tabellenverzeichnis

89

Abbildungs- und Tabellenverzeichnis

Abbildung 1.1 Luftgütemessstellen im Stadtgebiet von Wien Wien sowie stadtnahe Mess-stellen der Niederösterreichischen Landesregierung (u.a. Spangl, 1995)

6

Tabelle 1.1 Lageinformationen zu den Luftgütemessstellen in Wien sowie Messziele ge-mäß gesetzlicher Verordnungen

8

Tabelle 1.2 Technische Daten der eingesetzten Messgeräte 7

Tabelle 1.3 Datenverfügbarkeit in den Jahren 1987-1998 9

Tabelle 2.1 Hauptverursacher von SO 2-, NOX,- CO- sowie Staubemissionen, Haupt-emissionsgebiete in Nordostösterreich, Anteil der Emittentengruppen an den Gesamtemissionen (Österreich), Auswahl an möglichen Gegenmaßnahmen: 12

Abbildung 2.1 a) Bilanz der Emissionen von Schwefeldioxid aus Verbrennungsvorgängen und Prozessen in Österreich für die Jahre 1980 bis 1997 (BMU, 1998)b) Entwicklung der NOX-Emissionen im Verkehr in Österreich von 1950 bis 1996 (BMUJF, 1997) 13

Abbildung 2.2 Flächenhafte Verteilung der NOX- und NMVOC-Emissionen in Nordostöster-reich im Juli um 8 bzw. 14 Uhr an einem Sonntag (links) und einem Montag(rechts) (aus Winiwarter et al., 1996) 15

Abbildung 2.3 Schema zur Ozonbildung aus O2 und NO2 unter Mitwirkung verschiedener organischer Verbindungen (Darstellung stark vereinfacht) 16

Abbildung 2.4 Typische Ergebnisse eines Ozonbildungsexperiments in einer Smogkammer. Neben Ozon wurde die Synthese einer Vielzahl von Fotooxidantien beobachtet (z.B. PAN), die hier jedoch größtenteils nicht eingetragen sind. 17

Abbildung 2.5 Schema zur Bildung von Saurem Regen durch Oxidation bzw. Umwandlung von SO 2 und NO2 zu Folgeprodukten unter Mitwirkung verschiedener Radi-kale bzw. Wassertröpfchen (Darstellung stark vereinfacht) 18

Tabelle 2.2 Umrechnungsfaktoren, Eigenschaften, Wirkungen auf die menschliche Ge-sundheit und die Vegetation sowie anthropogene Quellen von Luftschadstoffen 20

Tabelle 2.3 Grenzwerte zum Schutz der Vegetation bzw. zum Gesundheitsschutz 19

Abbildung 2.6 Typischer Tagesgang der Schichtung der atmosphärischen Grenzschicht an einem sommerlichen Schönwettertag. Vertikalschnitte der potentiellen Temperatur verdeutlichen die entsprechende vertikale Schichtung der At-mosphäre am Vor - und Nachmittag sowie während der Abendstunden 22

Abbildung 2.7 Charakteristische Vertikalprofile der Primärschadstoff-Konzentrationen so-wie der potentiellen Temperatur während einer winterlichen Inversionswet-terlage

25

Abbildung 3.1 Häufigkeiten von NO-Konzentrationen an den Luftgütemessstellen in Wien,HMW der Jahre 1987 – 1998 26

Abbildung 3.2 Häufigkeiten von NO2-Konzentrationen an den Luftgütemessstellen in Wien, HMW der Jahre 1987 – 1998 27

Abbildung 3.3 Häufigkeiten von SO 2-Konzentrationen an den Luftgütemessstellen in Wien, HMW der Jahre 1987 – 1998 28

Abbildung 3.4 Häufigkeiten von Schwebstaub-Konzentrationen an den Luftgüte-messstellen in Wien, HMW der Jahre 1987 – 1998 29


90

Abbildung 3.5 Häufigkeiten von CO-Konzentrationen an den Luftgütemessstellen in Wien,HMW der Jahre 1987 – 1998 30

Abbildung 3.6 Zeitreihen der Ozon-, NO- sowie NO2-Konzentrationen in Wien, Tages-höchstwerte der Jahre 1987 – 1998 32

Abbildung 3.7 Zeitliche Entwicklung der Schwefeldioxidbelastung an der Wiener Luftgüte-messstelle Hohe Warte in den Jahren 1968 bis 1998 34

Abbildung 3.8 Zeitliche Entwicklung der Schwefeldioxidbelastung an der Wiener Luftgüte-messstelle Hohe Warte in den Jahren 1968 bis 1998 34

Abbildung 3.9 Häufigkeiten (kumulativ) von Grenzwertüberschreitungen (HMW, MW3 bzw.TMW) der Schwefeldioxidkonzentration an der Messstelle Hohe Warte, Da-ten: 1968 bis 1998 33

Abbildung 3.10 Zeitreihe der Staubkonzentration in Wien - Tageshöchstwerte sowie Jahresmittelwerte 1987 – 1998 35

Abbildung 3.11 Zeitreihe der CO-Konzentration in Wien - Tageshöchstwerte sowie Jahresmittelwerte 1987 – 1998 35

Abbildung 3.12 Überschreitungshäufigkeit des Vegetationsschutz - Vorsorgegrenzwertes ge-mäß ÖAW für NO2 (Tagesmittelwert von 80 µg/m³) an den Wiener Luftgüte-messstellen in den Jahren 1987-1998 36

Abbildung 3.13 Überschreitungshäufigkeit verschiedener Ozon-Grenzwerte an den Wiener Ozonmessstellendes in den Jahren 1987 - 1998 37

Abbildung 3.14 Überschreitungshäufigkeit des Vegetationsschutz - Vorsorgegrenzwertes ge-mäß ÖAW für Schwefeldioxid (Sommerhalbjahr: HMW > 70 µg/m³; Winterhalbjahr: HMW > 150 µg/m³) an den Wiener Luftgütemessstellen in den Jahren 1987 - 1998 39

Abbildung 3.15 Überschreitungshäufigkeit des Vegetationsschutz - Vorsorgegrenzwertes ge-mäß ÖAW für Schwebstaub (TMW > 120 µg/m³) an den Wiener Luftgütemessstellen in den Jahren 1987 - 1998 40

Abbildung 3.16 Häufigkeiten von Ozonkonzentrationen an einer Stadtmessstelle in Wien (Laaerberg) und im Wienerwald (Hermannskogel), HMW der jahre 1987 – 1998 41

Abbildung 3.17 Häufigkeiten von NO-Konzentrationen im Jahresverlauf an einer äußerst verkehrsnahen Messstelle in Wien (Hietzinger Kai) und im Stadtgebiet (Gaudenzdorf), HMW der jahre 1987 – 1998 42

Abbildung 3.18 Häufigkeiten von SO 2-Konzentrationen im Jahresberlauf an einer äußerst verkehrsnahen Messstelle im Stadtgebiet von Wien (Hietzinger Kai) und im Wienerwald (Hermannskogel), HMW der Jahre 1987 – 1998 43

Abbildung 3.19 Häufigkeiten von maximalen NO2 - bzw. Ozonkonzentrationen an einer verkehrsnahen Messstelle (NO2: Hietzinger Kai) bzw. in Wien (Ozon) im Wochenverlauf, Tageshöchstwerte (HMW) in den Jahren 1987 bzw. 1990 bis1998 44

Abbildung 3.20 Häufigkeiten von maximalen SO2 - bzw. Staubkonzentrationen in Wien im Wochenverlauf, Tageshöchstwerte (HMW) in den Jahren 1987 bis 1998 45

Abbildung 3.21 Mittlerer Tagesgang der NO- sowie NO2 - Konzentrationen an ausgewählten Standorten Wiens, HMW der Jahre 1987 – 1998 46

Abbildung 3.22 Mittlerer Tagesgang der Ozon - Konzentrationen an ausgewählten Standorten Wiens, HMW der Sommerhalbjahre 1987 - 1998 47


91

Abbildung 3.23 Mittlerer Tagesgang der Schwefeldioxid - Konzentrationen in ausgewählten Stadtgebieten von Wien, HMW der Jahre 1988 - 1998 49

Abbildung 3.24 Mittlere Tagesgänge der SO2-Konzentration an der Messstelle Hietzinger Kai an Werktagen sowie am Wochenende, HMW der Jahre 1987 - 1998 49

Abbildung 3.25 Mittlerer Tagesgang der Schwefeldioxid – Konzentration an der Messstelle Hohe Warte während jeweils eines Jahrzehnts 50

Abbildung 3.26 Mittlerer Tagesgang der Kohlenmonoxid – Konzentrationen an unterschied-lich verkehrsexponierten Messstellen Wiens, HMW der Jahre 1987 - 1998 51

Abbildung 3.27 Mittlerer Tagesgang der Staubkonzentrationen an ausgewählten Standorten Wiens, HMW der Jahre 1988 – 1998 51

Abbildung 4.1 Häufigkeit von Tageshöchstwerten der Ozonkonzentration (HMW) an den Wiener Luftgütemessstellen (1990 - 1998) in Abhängigkeit von:a) Tageshöchstwert der Lufttemperatur, b) Tageshöchstwert der Globalstahlung, c) Tageshöchstwert der Windgeschwindigkeit 53

Abbildung 4.2 Häufigkeit des Auftretens von Tageshöchstwerten der Staub- bzw. SO 2-Konzentration (HMW) an den Wiener Luftgütemessstellen in Abhängigkeit von: a) Tagesminimum der Lufttemperatur (Hermannskogel), b) Tages-höchstwert der Windgeschwindigkeit (AKH-D.), c) vertikale Temperatur-schichtung (Minimum der T-differenz Klosterneuburg – Hermannskogelzwischen 10 und 18 Uhr) 54

Abbildung 4.3 Zeitliche Entwicklung des mittleren Tageshöchstwertes der Staubbelastung (HMW) in Wien nach Schneefällen (mittlere Neuschneehöhe = 6 cm, Hohe Warte), 1988 - 1998 54

Abbildung 4.4 Mittlere Häufigkeit von SO 2-Konzentrationen in Abhängigkeit von der Wind-richtung im Stadtgebiet von Wien, Halbstundenmittelwerte der Jahre 1988 - 1997 56

Abbildung 4.5 Mittlere Häufigkeit von Staubkonzentrationen in Abhängigkeit von der Windrichtung im Wiener Stadtgebiet, Halbstundenmittelwerte der Jahre 1988 - 1997 57

Abbildung 4.6 Mittlere Häufigkeit von NO2-Konzentrationen in Abhängigkeit von der Windrichtung im Stadtgebiet von Wien, HMW der Jahre 1988 - 1997 58

Abbildung 4.7 Zeitliche Entwicklung der Ozonkonzentrationen an ausgewählten Messstellenin Nordostösterreich am 7. August 1992 59

Abbildung 4.8 Höchstwerte der NO2-Konzentration am Vormittag des 7.8.1992 60

Abbildung 4.9 Zeitliche Entwicklung der Ozon-Konzentrationsverteilung in Wien und Niederösterreich am 7.8.1992 62

Abbildung 4.10 Ozonepisoden in Wien und Niederösterreich (Anzahl Tage = 115, HMW der Jahre 1990 bis 1997); Abschätzungen zum regional gebildeten Ozon; Ab-hängigkeit vom Wochentag 65

Abbildung 4.11 Mittlere Schwefeldioxidbelastung in Niederösterreich und Wien vom 26.11. bis 1.12.1993 67

Abbildung 4.12 Mittlere Schwefeldioxidbelastung in Niederösterreich und Wien vom 26.11. (16:00) bis 1.12.1993 (6:00) 67

Abbildung 4.13 Zeitliche Entwicklung der Schwefeldioxid - Konzentrationen in Niederöster-reich und Wien vom 26.11. bis 1.12.1993 68

Abbildung 4.14 Überschreitungshäufigkeiten von SO 2 - Konzentrationen über 40 µg/m³ bei


92

Anströmung aus jeweils einem der vier Windrichtungssektoren; Halbstundenmittelwerte aller Luftgütemessstellen in Wien und Niederösterreich der Jahre 1988 – 1997 69

Abbildung 4.15 Zeitliche Entwicklung der Häufigkeit von Spitzenbelastungen der SO2-Konzentration in Wien und der jeweiligen Belastungssituation im östlichen bzw. nördlichen Niederösterreich (Grenzregion) 70

Abbildung 5.1 Zeitreihen der Ozon - Hintergrundkonzentration bzw. des 75%-Perzentils der Ozon – Tageshöchstwerte (MW3) in Nordostösterreich in den Jahren 1990 bis 1996

72

Abbildung 5.2 Zeitliche Entwicklung der Hintergrund - Ozonkonzentration sowie Temperatu-rentwicklung (aktueller Tageshöchstwert minus Maximum vom Vortag); Sommerhalbjahre 1990 – 1998 73

Abbildung 5.3 Häufigkeitsverteilung berechneter Ozon-Hintergrundkonzentrationen in Nordostösterreich (75%-Perzentil der Tageshöchstwerte (MW3) des gesamten Messnetzes); 1990 – 1997 74

Abbildung 5.4 Häufigkeit von Tagen mit maximalen regionalen Beiträgen zur Ozonbelastung in Niederösterreich bzw. Wien; Sommerhalbjahre (April – September) 1990 – 1998 75

Abbildung 5.5 „Dauer von Ozonepisoden in Nordostösterreich“, Häufigkeit des Auftretens erhöhter Hintergrundbelastungen (P75% > 120 µg/m³) sowie von erhöhten Tageshöchstwerten [%] in Abhängigkeit von der Dauer des Ereignisses 76

Abbildung 5.6 Mittlere Häufigkeit von Tagen mit einer Ozon - Hintergrundkonzentration MW3 > 120 µg/m³ (P75%) in Nordostösterreich. Vergleich zur Häufigkeit von Tageshöchstwerten der Ozonkonzentration in Wienh von MW3 > 180 bzw. >200 µg/m³ an diesen Tagen. Datengrundlage: 1990 – 1998 77

Tabelle 5.1 Anzahl von Tagen mit Tageshöchstwerten der Ozonkonzentration MW3 > 200 µg/m³, jeweils registriert gleichzeitig an 1 bis 11 Messstellen bzw. in vier Regionen Nordostösterreichs; 1990 - 1998 78

Abbildung 5.7 Absolute Häufigkeit von Episoden mit Überschreitung des Vegetationsschutz-Grenzwertes an zumindest einer Luftgütemessstelle Wiens an aufeinanderfolgenden Tagen; Messwerte der Jahre 1986 – 1998 79

Abbildung 5.8 Mittlere Häufigkeiten von Tagen mit Vegetationsschutz-Grenzwertüberschreitungen im Stadtgebiet von Wien; Datengrundlage 1987 bis 1998 80

Abbildung 5.9 Durchschnittliche Anzahl von Tagen mit Überschreitungen der Vegetationsschutz-Grenzwerte an charakteristischen Standorten im Stadtgebiet von Wien; Datengrundlage 1987-1998 81

Abbildung 5.10 Anzahl der Tage mit Überscheitungen des Vegetationsschutz-Grenzwertes inWien in den Jahren 1988 bis 1998 82

wiener luftguetebericht 1987-1998

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